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GN⁺: 1870년, 로드 레일리는 기름과 물을 사용하여 분자의 크기를 계산한 연구

 (atomsonly.news)
1P by neo 2달전 | favorite | 댓글 1개

단일 분자의 크기 추정

벤자민 프랭클린과 레일리 경이 기름과 물만으로 분자의 크기를 계산한 방법
  • 엑스레이가 발견되고 강력한 현미경이 발명되기 수십 년 전, 레일리 경은 기름, 물, 펜만으로 단일 분자의 크기를 계산함
  • 그의 영감은 벤자민 프랭클린에서 비롯됨
프랭클린의 실험
  • 1770년경 런던을 방문한 프랭클린은 대서양 횡단 중 배에서 기름이 바다에 버려지면 파도가 잔잔해지는 현상을 관찰함
  • 런던의 클라팜 커먼 연못에서 작은 양의 기름을 물에 부어 실험을 진행함
  • 기름이 연못 표면에 빠르게 퍼져 물을 매끄럽게 만드는 것을 확인함
  • 프랭클린은 실험을 여러 번 반복하고 자세히 기록했으나, 분자적 의미를 이해하지 못함
레일리 경의 재해석
  • 케임브리지 대학의 학자이자 물리학자로 유명한 레일리 경은 프랭클린의 실험을 새로운 관점에서 재해석함
  • 1890년, 레일리 경은 정확히 측정한 소량의 올리브 오일을 물에 떨어뜨리고, 기름이 퍼진 면적을 측정함
  • 기름의 부피를 면적으로 나누어 기름막의 두께를 추정함
  • 기름막이 단일 분자층이라고 가정하여, 기름막의 두께를 한 분자의 길이로 계산함
레일리 경의 결과
  • 레일리 경의 계산 결과는 약 1.63 나노미터였음
  • 올리브 오일의 주요 성분인 트리아실글리세롤 분자의 실제 길이는 약 1.67 나노미터로, 레일리 경의 추정치는 2% 정도의 오차만 있었음
  • 그의 실험은 단순한 도구로도 깊은 과학적 통찰을 얻을 수 있음을 보여줌
추가 자료
  • 찰스 탄포드의 책 "Ben Franklin Stilled the Waves"는 이 기름 방울 실험의 역사를 깊이 있게 탐구함

GN⁺의 정리

  • 이 기사는 단순한 실험 도구로도 중요한 과학적 발견을 할 수 있음을 보여줌
  • 벤자민 프랭클린과 레일리 경의 실험은 과학적 호기심과 창의성이 얼마나 중요한지를 강조함
  • 이 기사는 과학의 역사와 실험 방법론에 관심 있는 사람들에게 유익할 것임
  • 유사한 기능을 가진 다른 프로젝트로는 "Science Experiments You Can Do At Home" 등이 있음
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neo 2달전  [-]
Hacker News 의견

  • 과학 교육에서 법칙과 이론을 단순히 암기해야 할 것으로 제시하는 경우가 많음

    • 과학 이론이 처음 발견된 이야기가 더 흥미롭고 영감을 줌
    • 생화학 경로를 배웠지만, 그 경로가 어떻게 발견되었는지에 대한 단서가 없었음
    • 다른 과학 이론이 처음 발견된 출판물에 대한 제안을 환영함

  • 1676년 Roemer가 목성의 위성 Io의 궤도를 측정하여 빛의 속도를 추정함

    • 지구가 목성에 접근할 때 Io가 매일 조금 일찍 나타남
    • 지구가 목성에서 멀어질 때 Io가 매일 조금 늦게 나타남
    • 1년 동안 22분의 시간 차이가 발생함
    • 빛이 22분 동안 이동하는 거리를 계산하여 빛의 속도를 227,000 km/s로 추정함
    • 실제 속도는 약 300,000 km/s임

  • Rayleigh가 기름의 부피를 면적으로 나누어 기름막의 두께를 추정함

    • 기름이 단일 분자층을 형성한다고 가정함
    • 기름막의 두께가 하나의 기름 분자의 길이와 같음
    • Rayleigh가 최초로 단일 분자의 크기를 알아냄

  • Millikan & Fletcher의 기름 방울 실험을 떠올리게 함

    • 전자의 전하를 측정한 실험임
    • 미세한 기름 방울의 낙하 시간을 측정하여 부피를 계산함
    • 알려진 전기장을 사용하여 기름 방울을 부양시킴
    • 계산된 전하가 작은 값의 배수로 군집됨
    • 이는 개별 전자의 전하임

  • 기름이 단일 분자 두께로 퍼진다는 가정이 추측에 불과하지 않았는지 의문을 제기함

    • 표면 장력이 기름을 더 두껍게 유지할 가능성에 대한 의문
    • 단일 분자층임을 암시하는 다른 단서가 있었는지 궁금해함

  • 학교에서 "과학 실험 설계"에 대한 과정을 듣고 싶었음

    • 역사적인 실험 과정을 설명하고 학생들에게 도전 과제를 제시함
    • 지구의 크기를 추정하거나, 플로지스톤과 발광 에테르를 반증하거나, 빛의 속도를 측정하는 실험을 설계하고 실행하는 방법을 배우는 과정임

  • 대학 물리학 수업에서 이 실험을 재현함

    • 많은 작업이 필요했지만 유익하고 흥미로웠음
    • 장비 요구 사항이 학부 물리학 실험실에 적합했음
    • 가능하다면 시도해보기를 강력히 추천함
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