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수영장 물의 pH 미터는 유리 전극과 기준 전극 사이에 발생하는 전위차를 측정하여 용액 속 수소 이온 농도를 계산하는 장치인데요, 이때 중요한 것은 유리막 양쪽의 수소 이온 활성도 차이로 인해 형성되는 전기화학적 전위이며, 이는 네른스트 방정식으로 표현됩니다. pH 미터의 유리 전극 내부에는 일정한 pH를 가진 내부 용액이 존재하고, 외부는 측정 대상인 수영장 물과 접촉합니다. 유리막은 H⁺ 이온에 선택적으로 반응하므로, 내부와 외부의 수소 이온 농도 차이에 따라 유리막 양쪽에 막전위가 형성되는데요, 이때 기준 전극은 일정하고 변하지 않는 전위를 제공하며, pH 미터는 유리 전극 전위와 기준 전극 전위 사이의 전위차를 측정합니다. 측정된 전위차는 네른스트 방정식에 따라 수소 이온 농도와 로그 관계를 가지므로, 기기는 이를 pH 값으로 환산합니다. 25℃에서 이상적인 조건이라면 pH가 1 변할 때 전위는 약 59.1 mV 변합니다. 즉 용액이 산성으로 갈수록 전위가 변하고, 염기성으로 갈수록 반대 방향으로 변하며, pH 미터는 이 전위 변화를 전자 회로로 분석해 수치화합니다. 수영장에서는 pH가 너무 낮으면 배관 부식과 피부 자극이 증가하고, 너무 높으면 소독제의 효과가 감소하기 때문에 pH 미터를 이용해 보통 약 pH 7.2~7.8 범위로 유지 관리하는데요, 따라서 pH 미터는 단순히 산도를 재는 장비가 아니라, 유리막 내외부 H⁺ 농도 차이에 의해 발생한 전위차를 기준 전극과 비교하고 이를 네른스트 방정식으로 변환해 pH를 정량 측정하는 전기화학 센서라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.
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