Konverter dužine i udaljenosti Konverter mase Konverter količine hrane i hrane Konverter područja Konverter zapremine i jedinica recepata Konverter Konverter temperature Konverter pritiska, naprezanja, konvertor Youngovog modula Konverter energije i rada Konverter snage Konverter sile Konverter vremena Konverter linearne brzine Konverter ravnog ugla Konverter toplotne efikasnosti i efikasnosti goriva brojeva u različitim brojevnim sistemima Pretvarač mernih jedinica količine informacija Kursevi valuta Dimenzije ženske odeće i obuće Dimenzije muške odeće i obuće Pretvarač ugaone brzine i frekvencije rotacije Pretvarač ubrzanja Konvertor ugaonog ubrzanja Konvertor gustine Konvertor specifične zapremine Pretvarač momenta inercije Mo pretvarača sile Konvertor obrtnog momenta Konvertor specifične toplotne vrednosti (po masi) Konvertor gustine energije i specifične toplotne vrednosti (po zapremini) Konvertor temperaturne razlike Konvertor koeficijenta Koeficijent termičke ekspanzije Pretvarač toplotnog otpora Konvertor toplotne provodljivosti Konverter specifičnog toplotnog kapaciteta Konverter izlaganja energije i zračenja Konverter gustine toplotnog toka Konvertor koeficijenta prenosa toplote Konvertor zapreminskog protoka Konvertor masenog protoka Konvertor molarnog koncentriranog protoka Konverter konvertora masenog toka Konverter konvertora masenog fluksa u D Masni pretvarač konvertora masenog fluksa u Mo Pretvarač kinematičkog viskoziteta Pretvarač površinskog napona Konvertor propusnosti pare Konvertor gustine toka vodene pare Konvertor nivoa zvuka Konvertor nivoa zvuka Konvertor osetljivosti mikrofona Pretvarač nivoa zvučnog pritiska (SPL) Konvertor nivoa zvučnog pritiska sa izborom Pretvarač referentnog pritiska Pretvarač osvetljenosti Frekventni pretvarač intenziteta svetlosti Konverter intenziteta svetlosti Konverter konvertora intenziteta svetlosti i Rezolucija Konvertor valnog konvertora Konverter Il. Snaga u dioptrijama i žižna daljina Snaga udaljenosti u dioptrijama i povećanje objektiva (×) Električni pretvarač gustine naboja Linearni pretvarač gustoće naboja Konvertor površinske gustine naboja Konvertor zapreminskog pretvarača gustine naboja Pretvarač električne struje Pretvarač linearne gustine struje Konvertor gustoće površinske struje Električni pretvarač snage polja Električni pretvarač snage polja Elektrostatički pretvarač naponskog pretvarača Električni pretvarač naponske struje Po Pretvarač otpora i električne vodljivosti Konvertor električne vodljivosti Konvertor induktivnosti kapacitivnosti Konvertor američke žice Nivoi u dBm (dBm ili dBm), dBV (dBV), vati, itd. jedinice Pretvarač magnetne sile Pretvarač jačine magnetnog polja Pretvarač magnetnog fluksa Pretvarač magnetne indukcije Zračenje. Konverter brzine doze apsorbovanog jonizujućeg zračenja Radioaktivnost. Zračenje pretvarača radioaktivnog raspada. Zračenje pretvarača doze izloženosti. Pretvarač apsorbovanih doza Pretvarač decimalnog prefiksa Prenos podataka Tipografija i jedinica za obradu slike Konverter jedinica za obradu drveta Konvertor jedinica zapremine Izračun molarne mase Periodični sistem hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva

Početna vrijednost

Preračunata vrijednost

njutn po metru milinjuton po metru gram-sila po centimetru dina po centimetru erg po kvadratnom centimetru erg po kvadratnom milimetru funta po inču funta-sila po inču

Jačina električnog polja

Više o površinskoj napetosti

Opće informacije

Površinska napetost je svojstvo tečnosti da se odupre sili koja na nju deluje. U poređenju sa drugim tečnostima, površinski napon vode jedan od najviših. Ovo svojstvo vode je zbog njene molekularne strukture, zbog koje su veze između molekula mnogo jače nego kod drugih tečnosti.

Površinska napetost zavisi od same tečnosti i njene molekularne strukture, ali i od materijala sa kojim je ta tečnost u kontaktu. Kada je riječ o površinskoj napetosti u životinjskom carstvu i u mnogim drugim primjerima u nastavku, obično se uzima u obzir ili sistem voda-vazduh ili vodeni rastvori raznih supstanci, jer su to najčešći sistemi koji se javljaju u prirodi.

Proračuni površinske napetosti

Za povećanje površine vode, odnosno za rastezanje ove površine, potrebno je izvršiti mehanički rad kako bi se savladale sile površinske napetosti. Ako se na tekućinu ne primjenjuju druge vanjske sile, ona teži da poprimi oblik u kojem je površina ove tekućine minimalna. Kao što ćemo vidjeti u nastavku, najoptimalniji oblik je sfera. Kod nulte gravitacije, tečnost zaista poprima oblik lopte. Potencijalna energija površinske napetosti nalazi se po formuli:

Ε surf = σ S

Evo σ je koeficijent površinskog napona, i S je ukupna površina tečnosti. Ova formula se takođe može izraziti kao:

σ = surf/S

Kao što se može vidjeti iz ove formule, koeficijent površinske napetosti σ izražava se u džulima po kvadratnom metru (J/m² = N/m). Odnosno, koeficijent površinskog napona pri konstantnoj temperaturi tečnosti jednak je radu koji se mora obaviti da bi se povećala površina tečnosti po jedinici površine. Podsjetimo da je džul jednak njutnu pomnoženom sa metrom, a dobivamo još jednu jedinicu za mjerenje površinske napetosti - njutn po metru (N / m).

O terminologiji

Površinska napetost se ne javlja samo u sistemima vazduh-tečnost. Najčešće, kada se govori o sili u dužini, misli se na površinsku napetost u tečno-gasnim sistemima. Ponekad govorimo o sistemima tečnost-tečnost, koji takođe imaju površinski napon. Primjer sistema tekućina-tečnost u kojem možemo govoriti o površinskom naponu su lava lampe. Kada je lampa ugašena, parafin u njoj je u čvrstom stanju, ali kada se uključi, zagreva se, topi i diže, jer je u zagrejanom stanju parafin lakši od tečnosti u kojoj se nalazi. , au hladnom stanju je teži.

Mehanizam površinskog napona

Svaki molekul u tekućini djeluje na okolne molekule određenom silom. Prema tome, na svaki molekul djeluje i određeni broj sila iz različitih smjerova sa strana drugih molekula. Djelovanje ovih sila između molekula prikazano je na ilustraciji. Ove sile nastaju zbog činjenice da se atomi vodika i kisika koji čine vodu privlače jedni prema drugima zbog razlike u nabojima (negativni naboj kisika privlači se pozitivnim nabojem vodika). Ove sile povlače molekule u različitim smjerovima, jedna prema drugoj.

Situacija s molekulima na površini tvari je malo drugačija, jer je veličina sile kojom molekuli zraka djeluju na molekule vode mnogo manja od sile kojom molekuli vode djeluju jedni na druge. Kao što je prikazano na ilustraciji, sile koje djeluju na molekule na površini tekućine manje su od sila koje djeluju na sve ostale molekule unutar tvari. Sile koje djeluju na ove molekule djeluju na njih sa strana sa kojih su okružene drugim molekulima vode, ali ne i s površine. Zbog toga se molekuli na površini privlače u tekućinu većom silom nego što se privlače prema površini. Zbog toga se na površini formira mnogo "trajniji" sloj vode. Sile koje djeluju na molekule na površini uzrokuju kontrakciju površine kako bi se površina što je više moguće smanjila. U poređenju sa drugim vezama, ove veze je mnogo teže raskinuti.

Sile koje djeluju na molekule vode određuju prisustvo dva svojstva vode - adhezija i kohezija. Kohezija je svojstvo molekula iste supstance da se međusobno privlače. Kao što smo vidjeli iz prethodnih primjera, molekule vode su visoko kohezivne. Zahvaljujući koheziji moguća je površinska napetost.

Adhezija je, naprotiv, svojstvo molekula različitih supstanci ili materijala da se međusobno privlače. Na primjer, ako je adhezija između tečnosti i posude velika, tada se tečnost "penje" na površinu posude, dok područje u centru tečnosti ostaje na mestu. To se jasno vidi na primjeru vode u staklenoj posudi – vodeni oblici konkavna meniskusa ako ga sipate u usku posudu.

Naravno, konkavni meniskus će se formirati u bilo kojoj staklenoj posudi ako nije previše puna, ali ovaj efekat je mnogo lakše uočiti u uskoj posudi, kao što je lula. Vrijedi napomenuti da je na ilustraciji pune čaše meniskus konveksan. To je zato što voda nema za šta da se "zakači" osim za druge molekule vode. Konveksni oblik meniskusa je uzrokovan kohezijom između molekula vode. Proces formiranja konveksnog meniskusa sličan je procesu formiranja kapljica vode, koji je opisan u nastavku.

Ako je prianjanje između površine tvari i tekućine malo, tada će meniskus biti konveksan. To je zato što molekule tečnosti privlače druge molekule tečnosti više nego što ih privlače površina posude. Dobar primjer takvog meniskusa je živa. Ako imate mjerni uređaj sa živom unutra, kao što je termometar, onda možete lako vidjeti ovaj meniskus.

Primjeri površinske napetosti na radu

Primjeri površinske napetosti u svakodnevnom životu i tehnologiji okružuju nas posvuda. Efekat površinske napetosti najlakše je uočiti u sistemima voda-vazduh.

Kapljice vode

Do stvaranja sfernih kapljica dolazi i zbog sila koje privlače molekule površine tekućine prema unutra. Zamislite kap, kako je djeca često crtaju - njen oblik nije nimalo sferičan, već duguljast, izdužen na vrhu i zaobljen na dnu. Najčešća slika kapi ima ovakav oblik jer ovakve kapi najčešće vidimo kada na njih djeluju razne sile. Na primjer, ovako izgledaju kapi koje se kotrljaju po površini lišća i grana drveća, a zatim teku dolje.

Kada kap još nije staklena s površine na kojoj se nalazi, na nju djeluje nekoliko sila, uključujući i silu privlačenja. Voda lako mijenja oblik, a kap se, prije nego što padne, rasteže i predstavlja viseća kap. Ovaj oblik nam je poznat, jer se takve kapi, za razliku od sfernih, kreću prilično sporo i lako ih je vidjeti.

Kako se kapljica rasteže, ona dostiže tačku maksimalnog rastezanja, nakon čega sile površinske napetosti više ne mogu držati molekule kapljice zajedno. Kap se odvaja od drugih molekula vode i pada. Kako leti prema dolje, utjecaj okolnih sila na njega se smanjuje, a zbog površinske napetosti, njegov oblik postaje sferni, kao što smo ranije raspravljali.

Kao što možete vidjeti na fotografiji kapljice kafe koja pada u šolju iz aparata za espresso kafu, oblik ove kapi je vrlo blizak sfernom, iako je malo deformisana od sile gravitacije koja djeluje na nju.

Da bi se razumio mehanizam koji stoji iza formiranja sferne kapi, može se razmotriti i površinska napetost u smislu energije, kao što je gore navedeno u definiciji ovog fenomena. Čestice privlače druge čestice suprotnih naboja, tako da možemo reći da te čestice imaju potencijalnu energiju koja ovisi o tome kako ti molekuli komuniciraju s okolnim molekulima. Molekule na površini tekućine nisu okružene drugim molekulima na površini, pa je njihova potencijalna energija veća. Takav sistem teži smanjenju potencijalne energije, prema princip minimalne potencijalne energije. To znači da molekuli s većom potencijalnom energijom teže da je smanje, na primjer, promjenom svog oblika. U našem slučaju to se postiže promjenom oblika koji voda poprima.

Uz konstantnu površinsku napetost, potencijalna energija se može smanjiti smanjenjem površine. Važno je zapamtiti da govorimo o području između molekula. Uzimajući u obzir formule za izračunavanje površine različitih geometrijskih oblika, napominjemo da je lopta najprikladnija za smanjenje površine između molekula, odnosno da je ova površina za molekule na vanjskoj površini lopte minimalna u odnosu na druge geometrijske oblike. oblici. Ovaj odnos se može dokazati upotrebom Euler-Lagrangeova jednadžba.

Promjena površinske napetosti s promjenom temperature i kemijskog sastava tvari

Treba napomenuti da kako temperatura raste, površinski napon opada. To je zato što kako temperatura raste, molekuli postaju aktivniji i povećava se intenzitet njihovih vibracija. Kao rezultat, udaljenost između molekula se povećava, a veze između molekula slabe. Neke tvari koje se dodaju vodi, kao što je sapun, također smanjuju površinsku napetost, a to omogućava vodi bolje prianjanje na druge površine.

Smanjena površinska napetost omogućava vodi da prodre u pore i teško dostupne rupe, kao što su između vlakana tkanine. To je moguće zbog činjenice da se molekule vode lako odvajaju jedna od druge pri niskoj površinskoj napetosti. Zato se tkanine, posuđe i drugi predmeti i površine najčešće peru toplom vodom. Deterdženti imaju isti učinak smanjenja površinske napetosti kao i grijanje, pa se često koriste i za čišćenje površina, često u kombinaciji sa toplom vodom.

Površinski napon u kapilarama

Gore smo pogledali formiranje meniskusa zbog adhezije, ali ovo nije jedini primjer kako se tečnosti ponašaju u uskim cijevima i kapilarama. Tečnosti se uzdižu u kapilaru ili cijev zbog prianjanja, ali da bi se tekućina podigla kroz cijev u cjelini bez raspadanja, osim prianjanja potrebna je i kohezija. Što je kapilara uža, to tečnost može više da se podigne, jer u široj cevi možda neće biti dovoljno površinske napetosti da podigne veliku količinu vode.

Primjeri ove pojave u kapilarama su papirni ubrusi koji upijaju prolivene tekućine, sportska odjeća od tkanine koja upija znoj i korijenje koje upija vodu iz zemlje i pomiče je duž debla, do grana i lišća. Vrijedi napomenuti da takvo kretanje tekućine može biti uzrokovano ne samo površinskom napetošću, već i osmozom. Zanimljiv fenomen u hinduističkim hramovima poznat kao mlijeko čudo takođe objašnjava radom kapilara. Mliječno čudo je bilo sljedeće. Posjetioci jednog od hinduističkih hramova u Indiji primijetili su da statue bogova na teritoriji hrama "piju" mlijeko koje su vjernici ostavljali na tanjirima ispred sebe. Ovaj fenomen je viđen u nekim drugim hramovima u Indiji, kao i van zemlje. Naučnici ovu pojavu objašnjavaju radom kapilara: kamen od kojeg su kipovi isklesani je bio porozan, a mlijeko se dizalo kroz kapilare unutar statua.

Kao što se može vidjeti iz ovih primjera, bez površinske napetosti ne bi bilo pojava kretanja tekućine kroz kapilare. Tečnost se može zalijepiti za stijenke posude ako je prianjanje između tekućine i materijala posude veliko, ali bez površinske napetosti ne može puzati, jer se ne može kretati kao cjelina.

Predmeti koji lebde na površini tečnosti

Predmeti koji se ne smoče u tekućini i imaju gustinu veću od gustine vode mogu plutati na površini vode zbog ravnoteže između sila koje stvaraju površinsku napetost i sila koje vuku tijelo prema dolje, kao što je tijelo težina. Ovdje govorimo samo o kućištima od vodootpornih materijala. Ako voda prodre u materijal ili se zalijepi za školjku, onda slika postaje mnogo složenija. Ovo svojstvo tijela da ostane na površini lako se demonstrira na primjeru spajalice ili igle koja pluta na površini vode. Pažljivo spustite spajalicu u vodu, pokušavajući ne primijeniti silu, veliku silu površinske napetosti. Da biste smanjili količinu vode koja se lijepi za površinu spajalice i uzrokuje da ona potone pod vodu, prekrijte spajalicu uljem. Ako spajalicu stavimo na vodu dovoljno nježno, ona će ostati na površini vode.

Oblik kapljica koje se lijepe za tvrdu površinu

U primjerima opisanim ranije, vidjeli smo da kapljice vode imaju tendenciju da postanu sferne kako bi se smanjila potencijalna energija u sistemu. Ponekad je nemoguće postići oblik lopte, pa kapi poprimaju oblik koji joj je najbliži. Ako kapljica vode padne na čvrstu površinu i zalijepi se za nju, tada će donji dio kapi, koji je u kontaktu s ovom površinom, poprimiti oblik ove površine, na primjer, postat će ravan. To je zato što sila privlačenja vuče kap prema površini. Površina kapi, koja je u kontaktu samo sa vazduhom, biće, naprotiv, bliska obliku lopte. Kao rezultat toga, kapi na ravnim površinama, kao što su na listu ili na staklu, poprimaju oblik hemisfere.

Kad kapljice padnu na čvrstu površinu, poprimaju oblik koji omogućava smanjenje površine i ostaju u tom obliku sve dok se ravnoteža između sila toliko ne poremeti da površinska napetost više ne može zadržati kap na površini u ovom obliku. Na primjer, kapljice rose ostaju na tkanini šatora sve dok ne dođu u kontakt s drugom površinom. Kada se kapljice formiraju izvana, ako dodirnete tkaninu šatora iznutra i uklonite ruku, površinska napetost će se toliko slomiti da će kapi prodrijeti u tkaninu šatora i voda će ostati na vašim prstima .

Zanimljiv fenomen se može uočiti kada se alkoholno piće, poput vina, sipa u čašu, posebno kada se radi o vinu sa visokim sadržajem alkohola. Na zidovima ove čaše formiraju se kapi vode, tzv "vinske suze".

Ovaj fenomen je uzrokovan nizom faktora, uključujući razliku u površinskom naponu između etanola i vode. Kao što smo već spomenuli, površinski napon vode je visok u poređenju sa drugim tečnostima. Višestruko je veći od površinskog napona etil alkohola. U mješavinama vode i alkohola, kao, na primjer, u vinu, molekuli vode se privlače jedni drugima više nego molekuli alkohola. Zbog toga voda "bježi" od molekula alkohola, uz zidove čaše. Drugim riječima, voda se kreće od molekula etanola prema molekulima vode.

Naravno, u vinu u čaši ima etanola, ali ga nema na površini čaše iznad nivoa vina, pa se voda kreće precizno uz zidove čaše. Istovremeno se na zidovima iznad nivoa vina stvaraju kapi slične suzama. Otuda i naziv ovog fenomena.

Što se više vode skuplja u kapi, i što se više diže, teže joj je da se zadrži na staklu samo zbog površinske napetosti. Na kraju, kap teče nazad u čašu. Što je veći sadržaj alkohola u vinu, to je ovaj efekat izraženiji.

Površinski napon u medicinskoj dijagnostici

Doktori koriste informacije o površinskom naponu supstance da bi odredili njen sadržaj u smeši. Na primjer, neke oblike žutice karakterizira visok sadržaj žučnih soli u urinu. Prisustvo ovih soli snižava površinski napon urina, pa se njihov sadržaj može utvrditi provjerom da li određena supstanca pliva ili tone u urinu, u našem slučaju sumporni prah. Ne tone u urinu zdravog pacijenta, ali ako u njemu ima primjesa žučnih soli, tada površinski napon nije dovoljan i sumporni prah tone. Ovaj test se zove Hayov test.

U prirodi

Mjerenje površinskog napona

Postoji nekoliko načina za pronalaženje površinske napetosti pomoću različitih mjernih instrumenata. U nastavku ćemo razmotriti nekoliko dobro poznatih mjernih sistema.

U uređajima prvog tipa mjeri se sila koja djeluje na mjerni uređaj kao rezultat površinske napetosti. Kada se mjeri Du Nouy metodom otkidanja prstena i du Nuy-Padey metoda procjenjuje se sila potrebna za podizanje prstena ili igle s površine tekućine. Prema trećem Newtonovom zakonu, sila koja djeluje na prsten ili iglu zbog površinske napetosti kada ga podignemo s površine tekućine jednaka je po veličini sili koja je potrebna za podizanje ovih predmeta s površine vode. Odnosno, mjerenjem sile koja je potrebna za podizanje ovih predmeta dobijamo i količinu sile koja ih sprečava da se podignu.

Wilhelmy metoda mjeri silu koja djeluje na metalnu ploču uronjenu u tekućinu čija se površinska napetost mjeri. Tečnost se lepi za ploču, prsten ili iglu (kao u prethodnim metodama merenja), a površinska napetost drži molekule tečnosti koji se prijanjaju za površinu, kao i ostale molekule, zajedno kao celinu. Odnosno, tečnost "ne pušta" ploču, prsten ili iglu. Poznat je materijal od kojeg je ploča napravljena, kao i koliko jako voda prianja na ovaj materijal i to se uzima u obzir pri proračunu sile.

Površinska napetost se također može pronaći pomoću težine kapljica vode koje padaju iz vertikalne cijevi ili kapilare. Ova metoda se zove stalagmometrijski, a uređaj koji mjeri površinski napon je stalagmometar. Površinski napon tečnosti može se lako izračunati iz težine kapi, jer su težina i površinski napon povezani. Ako je poznat promjer cijevi, onda se težina kapi može odrediti iz broja kapi u određenoj količini tekućine.

Metoda za određivanje po obliku viseće kapi sličan prethodnom po tome što također koristi pad za određivanje sile površinske napetosti. U ovom slučaju mjere koliko se kap može izdužiti prije nego što se odvoji od ostatka tečnosti i padne.

Postoje i mjerni uređaji koji vrte tečnost i gas (za sisteme tečnost-gas) dok sistem ne dostigne ravnotežu i oblik supstance ne postane konstantan. U ovom slučaju, površinska napetost je određena oblikom tvari manje gustoće. Ova metoda mjerenja površinske napetosti naziva se metoda rotirajućih kapi.

Da li vam je teško prevesti mjerne jedinice s jednog jezika na drugi? Kolege su spremne da vam pomognu. Postavite pitanje na TCTerms i u roku od nekoliko minuta dobićete odgovor.

Površinski napon vode za piće

Važan parametar vode za piće je površinski napon. Određuje stepen adhezije između molekula vode i oblika površine tečnosti, a takođe određuje i stepen apsorpcije vode od strane tela.

Nivo isparavanja tečnosti zavisi od toga koliko su čvrsto njeni molekuli međusobno povezani. Što se molekuli jače privlače jedni prema drugima, to je tečnost manje isparljiva. Što je površinski napon tečnosti niži, to je isparljivija. Alkoholi i rastvarači imaju najmanju površinsku napetost. To, zauzvrat, određuje njihovu aktivnost - sposobnost interakcije s drugim supstancama.

Vizualno se površinska napetost može predstaviti na sljedeći način: ako polako sipate čaj u šolju do vrha, onda se neko vrijeme neće prelijevati, a u propuštenoj svjetlosti možete vidjeti da se iznad površine tekućine stvorio tanak film , što sprečava izlivanje čaja. Nabubri pri dolivanju, a tek na „poslednjoj kapi“, kako kažu, tečnost prelije.

Što se više "tečne" vode koristi za piće, to je tijelu potrebno manje energije da razbije molekularne veze i zasiti stanice vodom.

Jedinica mjere za površinski napon je dina/cm.

Voda iz slavine ima stepen površinske napetosti do 73 dina/cm, a intra- i ekstracelularne tečnosti oko 43 dina/cm, tako da je ćeliji potrebna velika količina energije da savlada površinski napon vode.

Slikovito rečeno, voda je „gustija“ i „tečnija“. Poželjno je da više "tečne" vode uđe u tijelo, tada ćelije neće morati trošiti energiju na prevladavanje površinske napetosti. Voda sa niskim površinskim naponom je biološki dostupnija. Lakše se ulazi u međumolekularne interakcije.

Da li ste se ikada zapitali zašto topla voda čisti prljavštinu bolje od hladne vode? To je zato što kako temperatura vode raste, njena površinska napetost opada. Što je površinski napon vode manji, to je bolje otapalo. Koeficijent površinske napetosti zavisi od hemijskog sastava tečnosti, medija sa kojim se graniči i temperature. Kako temperatura raste, ona se smanjuje i nestaje na kritičnoj temperaturi.U zavisnosti od jačine interakcije molekula tečnosti sa česticama čvrste supstance u dodiru sa njom, vlaženje ili nekvašenje čvrste supstance tečnošću je U oba slučaja, površina tečnosti blizu granice sa čvrstim materijalom je zakrivljena.

Površinski napon vode može se smanjiti, na primjer, dodavanjem biološki aktivnih tvari ili zagrijavanjem tekućine. Što je vrijednost površinskog napona vode koju koristite za piće bliža 43 dina/cm, to vaše tijelo može apsorbirati manje energije.

Ne znam gde da dobijem ispravnu vodu ? Ja ću zatražiti!

Bilješka:

Pritiskom na dugme " Znati» ne dovodi do finansijskih troškova i obaveza.

Ti si samo dobiti informacije o dostupnosti prave vode u vašem području,

kao i dobiti jedinstvenu priliku da besplatno postanete član kluba zdravih ljudi

površinski sloj,

tanak sloj materije u blizini dodirne površine dviju faza (tijela, medija), koji se po svojstvima razlikuje od supstanci u masi faza. Posebna svojstva P. sa. zbog viška slobodne energije koncentrisane u njemu (vidi Površinska energija, Površinski napon), kao i karakteristike njegove strukture i sastava. P. s. na granici kondenzovanih faza često se naziva međufazni sloj. P. debljina sa. zavisi od razlike u gustini faza, intenziteta i vrste međumolekulskih interakcija u graničnoj zoni, temperature, pritiska, hemijskih potencijala i drugih termodinamičkih parametara sistema. U nekim slučajevima ne prelazi debljinu monomolekularnog sloja, u drugima dostiže desetine i stotine molekulskih veličina. Dakle, P. s. tečnosti blizu kritičnih temperatura miješanja mogu imati debljinu od 1000 (100 nm) ili više. Površinski sloj formiran od molekula (ili jona) adsorbirane tvari naziva se adsorpcijski sloj. Posebno se oštro mijenja sastav i svojstva P. s. tokom adsorpcije tenzida. Adsorpcija, hemisorpcija i hemijski efekti na P. s. čvrsta supstanca može uzrokovati njenu liofilizaciju ili liofobizaciju (vidi Liofilnost i liofobnost), dovesti do smanjenja njene čvrstoće (vidi Rebinderov efekat) ili, obrnuto, povećati mehaničke karakteristike. P. stanje sa. razni konstrukcijski, radiotehnički i drugi materijali snažno se odražavaju na njihove operativne, tehničke i tehnološke karakteristike. Sa svojstvima P. s. povezivali različite površne pojave u svetu oko nas.

Površinska napetost je termodinamička karakteristika međuprostora između dvije faze u ravnoteži, određena radom reverzibilnog izotermokinetičkog formiranja jedinične površine ovog interfejsa, pod uslovom da ostane temperatura, zapremina sistema i hemijski potencijali svih komponenti u obje faze. konstantan.

Površinski napon ima dvostruko fizičko značenje - energijsko (termodinamičko) i silu (mehaničko). Energetska (termodinamička) definicija: površinski napon je specifičan rad povećanja površine kada je istegnuta, pod uslovom da je temperatura konstantna. Definicija sile (mehaničke): Površinska napetost je sila po jedinici dužine linije koja ograničava površinu tečnosti.

Statičke metode:

1. Metoda kapilarnog podizanja

2. Wilhelmyjeva metoda

3. Metoda sjedećeg pada

4. Metoda za određivanje po obliku viseće kapi.

5. Metoda rotacionog pada

Dinamičke metode:

1. Du Nuy metoda (metoda kidanja prstena).

2. Stalagmometrijska ili metoda brojanja kapljica.

3. Metoda maksimalnog pritiska mjehurića.

4. Metoda oscilirajućeg mlaza

5. Metoda stojećeg talasa

6. Metoda putujućeg talasa

Površinski napon, želja supstance (tečne ili čvrste faze) da smanji višak svoje potencijalne energije na granici sa drugom fazom (površinska energija). Definira se kao rad utrošen na stvaranje jedinične površine faznog interfejsa (dimenzija J/m 2). Prema drugoj definiciji, površinski napon je sila po jedinici dužine konture koja ograničava granicu (dimenzija N/m); ova sila djeluje tangencijalno na površinu i sprječava njeno spontano povećanje.

Površinska napetost je glavna termodinamička karakteristika površinskog sloja tečnosti na granici sa gasnom fazom ili drugom tečnošću. Površinski napon različitih tekućina na granici s njihovom vlastitom parom varira u širokom rasponu: od jedinica za ukapljene plinove niskog ključanja do nekoliko hiljada mN/m za rastaljene vatrostalne tvari. Površinski napon zavisi od temperature. Za mnoge jednokomponentne nepovezane tečnosti (voda, rastaljene soli, tečni metali), daleko od kritične temperature, linearna zavisnost je dobro zadovoljena:

Površinsko aktivne supstance (tenzidi) su hemijska jedinjenja koja, koncentrišući se na međuprostor, uzrokuju smanjenje površinske napetosti.

Glavna kvantitativna karakteristika surfaktanata je površinska aktivnost - sposobnost tvari da smanji površinsku napetost na granici faze - ovo je derivat površinske napetosti u odnosu na koncentraciju surfaktanta jer C teži nuli. Međutim, površinski aktivna tvar ima granicu rastvorljivosti (tzv. kritičnu koncentraciju micela ili CMC), dostizanjem koje, kada se površinski aktivna tvar doda u otopinu, koncentracija na granici faze ostaje konstantna, ali u isto vrijeme, molekuli surfaktanta samoorganiziraju se u rasutom rastvoru (formiranje ili agregacija micela). Kao rezultat ove agregacije nastaju takozvane micele. Posebnost formiranja micela je zamućenost otopine surfaktanta. Vodeni rastvori surfaktanata, tokom formiranja micela, takođe dobijaju plavičastu nijansu (želatinozna nijansa) usled prelamanja svetlosti micela.

U ovoj lekciji ćemo govoriti o tečnostima i njihovim svojstvima. Tečnosti imaju niz zanimljivih svojstava i njihovih manifestacija. O jednoj takvoj osobini ćemo govoriti u ovoj lekciji.

U svijetu oko nas, uz gravitaciju, elastičnost i trenje, postoji još jedna sila na koju obično obraćamo malo ili nimalo pažnje. Ova sila je relativno mala, njeno djelovanje nikada ne izaziva impresivne efekte. Međutim, ne možemo sipati vodu u čašu, ne možemo ništa učiniti ni sa jednom tekućinom, a da ne pokrenemo sile o kojima ćemo govoriti. To su sile površinskog napona.

Sposobnost tečnosti da steže svoju površinu naziva se površinska napetost.

sila površinskog napona naziva se sila koja djeluje duž površine tekućine okomito na liniju koja ograničava ovu površinu i teži da je svede na minimum.

Sila površinskog napona određena je formulom, proizvodom sigme i el. Gdje je sigma koeficijent površinske napetosti, el je dužina perimetra vlaženja.

Zaustavimo se detaljnije na konceptu "koeficijenta površinske napetosti".

Koeficijent površinske napetosti je numerički jednak sili koja djeluje po jedinici dužine perimetra vlaženja i usmjerena je okomito na ovaj perimetar.

Takođe, koeficijent površinskog napona tečnosti je fizička veličina koja karakteriše datu tečnost i jednaka je odnosu površinske energije i površine tečnosti.

Molekuli površinskog sloja tečnosti imaju višak potencijalne energije u odnosu na energiju koju bi ti molekuli imali da su unutar tečnosti.

površinska energija je višak potencijalne energije koju posjeduju molekuli na površini tekućine.

Koeficijent površinske napetosti mjeri se u njutnima podijeljen sa metrom.

Razmotrimo o čemu ovisi koeficijent površinskog napona tekućine. Za početak, podsjetimo da koeficijent površinske napetosti karakterizira specifičnu energiju interakcije molekula, što znači da će faktori koji mijenjaju ovu energiju promijeniti i koeficijent površinske napetosti tekućine.

Dakle, koeficijent površinske napetosti zavisi od:

1. Priroda tečnosti (za "isparljive" tečnosti, kao što su etar, alkohol i benzin, površinski napon je manji od onih "nehlapljivih" - vode, žive i tečnih metala).

2. Temperatura (što je viša temperatura, to je niža površinska napetost).

3. Prisustvo tenzida koji smanjuju površinski napon (surfaktanti), kao što su sapun ili prašak za pranje.

4. Svojstva gasa koji se nalazi u blizini tečnosti.

Sile površinskog napona određuju oblik i svojstva kapljica tekućine, mjehurića od sapunice. Ove sile zadržavaju čeličnu iglu i insekte vodoskoka na površini vode i zadržavaju vlagu na površini tkanine.

Možete provjeriti postojanje sila površinske napetosti jednostavnim eksperimentom. Ako je konac vezan za žičani prsten na dva mjesta, i to tako da je dužina konca nešto veća od dužine tetive koji spaja mjesta pričvršćivanja konca, a žičani prsten umočen u otopinu sapuna, film od sapuna će zategnuti cijelu površinu prstena i konac će ležati na filmu sapuna. Ako se film sada pokida na jednoj strani konca, film sapuna koji ostane na drugoj strani konca će se skupiti i povući konac. Zašto se to dogodilo? Činjenica je da otopina sapuna koja ostaje na vrhu, odnosno tekućina, ima tendenciju da smanji svoju površinu. Tako se konac povlači prema gore.

Razmislite o eksperimentu koji potvrđuje želju tekućine da smanji površinu kontakta sa zrakom ili parom te tekućine.

Zanimljiv eksperiment izveo je belgijski fizičar Joseph Plateau. On tvrdi da ako je kap u uslovima u kojima glavni uticaj na njen oblik vrše sile površinskog napona, ona poprima oblik sa najmanjom površinom, odnosno sferni.

Površinski napon, želja supstance (tečne ili čvrste faze) da smanji višak svoje potencijalne energije na granici sa drugom fazom (površinska energija). Definira se kao rad utrošen na stvaranje jedinične površine faznog interfejsa (dimenzija J/m 2). Prema drugoj definiciji, površinski napon- sila koja se odnosi na jediničnu dužinu konture koja ograničava površinu razdvajanja faza (dimenzija N/m); ova sila djeluje tangencijalno na površinu i sprječava njeno spontano povećanje.

Površinski napon- glavna termodinamička karakteristika površinskog sloja tečnosti na granici sa gasnom fazom ili drugom tečnošću. Površinski napon različitih tečnosti na granici sa sopstvenom parom varira u širokom rasponu: od jedinica za tečne gasove niskog ključanja do nekoliko hiljada mN/m za rastaljene vatrostalne supstance. Površinski napon zavisno od temperature. Za mnoge jednokomponentne nepovezane tečnosti (voda, rastaljene soli, tečni metali), daleko od kritične temperature, linearna zavisnost je dobro zadovoljena:

gdje je s i s 0 - površinski napon na temperaturama T i T 0 respektivno, α≈0,1 mN/(m K) - temperaturni koeficijent površinski napon. Glavni način regulacije površinski napon je upotreba površinski aktivnih supstanci (tenzida).

Površinski napon ulazi u mnoge jednadžbe fizike, fizičke i koloidne hemije, elektrohemije.

On definiše sledeće količine:

1. kapilarni pritisak, gde r 1 i r 2 - glavni radijusi zakrivljenosti površine i pritisak zasićene pare r r preko zakrivljene površine tekućine: , gdje r- radijus zakrivljenosti površine, R je gasna konstanta, V n je molarni volumen tečnosti, str 0 - pritisak na ravnoj površini (Laplaceov i Kelvinov zakon, vidi Kapilarni fenomeni).

2. Ugao vlaženja θ u kontaktu tečnosti sa čvrstom površinom: cos , gde je specifična slobodna površinska energija čvrstog tela na granici sa gasom i tečnošću, - površinski napon tečnosti (Youngov zakon, vidi Vlaženje).

3. Adsorpcija surfaktanta gdje je μ hemijski potencijal adsorbirane supstance (Gibbsova jednačina, vidi Adsorpcija). Za razrijeđene otopine gdje With- molarna koncentracija surfaktanata.

4. Stanje adsorpcionog sloja surfaktanta na površini tečnosti: (str s + a/A2)·( A- b)=k T, gdje je str s\u003d (s 0 -s) - dvodimenzionalni pritisak, s 0 i s - respektivno površinski napončista tečnost i ista tečnost u prisustvu adsorpcionog sloja, a- konstanta (analogno van der Waalsovoj konstanti), A je površina površinskog sloja po jednoj adsorbiranoj molekuli, b je površina koju zauzima 1 molekul tečnosti, k- Boltzmannova konstanta (Frumkin-Volmerova jednačina, vidi Površinska aktivnost).

5. Elektrokapilarni efekat:- d s/ d f = r s, gdje je r s površinska gustoća naboja, f je potencijal elektrode (Lipmanova jednadžba, vidi Elektrokapilarne pojave).

6. Rad formiranja kritičnog jezgra nove faze Toalet. Na primjer, prilikom homogene kondenzacije pare pod pritiskom , gdje je str 0 - pritisak pare iznad ravne površine tečnosti (Gibbsova jednačina, vidi Nova faza generacije).

7. Dužina l kapilarnih talasa na površini tečnosti: , gde je ρ gustina tečnosti, τ je period oscilovanja, g- ubrzanje gravitacije.

8. Elastičnost tekućih filmova sa slojem surfaktanta: modul elastičnosti , gdje s- područje filma (Gibbsova jednačina, vidi Tanki filmovi).

Površinski napon mjereno za mnoge čiste tvari i smjese (otopine, taline) u širokom rasponu temperatura i sastava. Zbog površinski napon veoma osetljiva na prisustvo nečistoća, merenja različitim metodama ne daju uvek iste vrednosti.

Glavne metode mjerenja su sljedeće:

1. porast vlaženja tečnosti u kapilarama. Visina dizanja, gde je razlika između gustine tečnosti i istisnutog gasa, ρ je radijus kapilare. Preciznost definicije površinski napon raste sa smanjenjem omjera ρ/α (α je kapilarna konstanta tečnosti).

2. Merenje maksimalnog pritiska u mehuru gasa (Rehbinder metoda); proračun se zasniva na Laplaceovoj jednačini. Kada se mehur istisne u tečnost kroz kalibriranu kapilaru poluprečnika r, pre trenutka odvajanja, pritisak p m =2σ/r

3. Metoda vaganja kapljicama (stalagmometrija): (Tateova jednadžba), gdje G- ukupna tezina n kapi koje su se pod dejstvom gravitacije odvojile od preseka kapilarne cevi poluprečnika r. Da bi se poboljšala tačnost, desna strana se množi sa faktorom korekcije u zavisnosti od r i zapremine kapljice.

4. Metoda balansiranja ploče (Wilhelmyjeva metoda). Prilikom uranjanja ploče s perimetrom presjeka L u tekućinu za vlaženje težina ploče, gdje G 0 - težina suve ploče.

5. Metoda kidanja prstena (Du Nuy metoda). Otkinuti žičani prsten sa radijusom R potrebna je sila sa površine tečnosti

6. Metoda sjedećeg pada. Profil pada na podlogu koja se ne vlaži određuje se iz uslova konstantnosti zbira hidrostatskog i kapilarnog pritiska. Diferencijalna jednadžba profila pada riješena je numeričkom integracijom (Bashfort-Adamsova metoda). Mjerenjem geometrijskih parametara pada profila koristeći odgovarajuće tablice, oni nalaze površinski napon.

7. Metoda rotacionog pada. Kap tečnosti gustine r 1 stavlja se u epruvetu sa težom (gustine r 2) tečnosti. Kada se cijev rotira kutnom brzinom ω, kapljica se izdužuje duž ose, poprimajući približno oblik cilindra polumjera r. Jednadžba za proračun: . Metoda se koristi za mjerenje malih površinski napon na granici između dve tečnosti.

Površinski napon je odlučujući faktor u mnogim tehnološkim procesima: flotacija, impregnacija poroznih materijala, premazivanje, djelovanje pranja, metalurgija praha, lemljenje itd. površinski napon u procesima koji se odvijaju u bestežinskom stanju.

koncept površinski napon prvi je uveo J. Segner (1752). U prvoj polovini XIX veka. na osnovu ideje o površinski napon razvijena je matematička teorija kapilarnih fenomena (P. Laplace, S. Poisson, K. Gauss, A.Yu. Davidov). U drugoj polovini XIX veka. J. Gibbs je razvio termodinamičku teoriju površinskih pojava, u kojoj odlučujuću ulogu imaju površinski napon. U XX veku. razvijaju se metode regulacije površinski napon uz pomoć surfaktanata i elektrokapilarnih efekata (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumkin). Među modernim aktuelnim problemima je razvoj molekularne teorije površinski napon razne tečnosti (uključujući rastopljene metale), uticaj površinske zakrivljenosti na površinski napon.