고무줄이 여름에 늘어나는거하고 겨울에 늘어나는 정도가 다르던데 왜 그런건가요??
고무줄이 여름에 늘어나는거하고 겨울에 늘어나는 정도가 다르던데 왜 그런건가요?? 고무 분자의 결합이 온도에 영향을 받아서 그래서 더 늘어나고 덜 늘어나고 하는 걸까요??
안녕하세요.
네, 말씀해주신 것과 같이 온도가 올라가면 고분자 사슬의 열적 운동이 활발해지는데요 즉, 분자들이 더 많이 흔들리고 자유롭게 움직이게 됩니다. 이 상태에서 고무를 늘리면, 사슬을 정렬시키는 데 더 많은 에너지가 필요하지만, 동시에 사슬이 끊어지지 않고 훨씬 부드럽게 늘어날 수 있는 여유가 생깁니다. 그래서 여름에는 고무줄이 잘 늘어나고, 적은 힘으로도 큰 변형이 일어나는 것입니다.
반대로 겨울처럼 온도가 낮아지면, 고분자 사슬의 운동이 크게 제한됩니다. 사슬이 굳어 있고 움직임이 둔해지기 때문에, 고무를 잡아당겨도 사슬이 잘 재배열되지 못하는 것이며 그 결과 같은 힘을 주었을 때 늘어나는 정도가 작고, 더 뻣뻣하게 느껴집니다. 심한 경우에는 국소적으로 응력이 집중되어 고무가 끊어지기도 합니다.
분자 결합이 온도에 영향을 받아서 늘어나고 덜 늘어나느냐는 부분에 대해서는 우선 공유결합 자체가 늘어나거나 약해지는 것이 아닙니다. 고무의 주사슬을 이루는 탄소–탄소 결합은 여름·겨울 온도 차이로 영향을 받을 만큼 약하지 않습니다. 달라지는 것은 결합 사이의 회전 자유도와 분자 사슬의 배열 가능성입니다. 또 하나 중요한 개념은 유리전이온도(Tg)인데요, 고무는 Tg가 매우 낮아서 상온에서는 탄성체 상태로 존재하지만, 겨울철 저온에서는 Tg에 가까워지면서 부분적으로 딱딱해지는 경향이 나타납니다. 이로 인해 고무줄이 잘 안 늘어나는 느낌을 더 강하게 주게 됩니다. 감사합니다.
1명 평가안녕하세요. 정철 박사입니다.
맞습니다. 주변환경에 따라 차이가 나는것인데 여름엔 평균 온도가 높고 겨울엔 낮기 때문에 나타나는 현상입니다