Μετατροπέας μήκους και απόστασης Μετατροπέας μάζας Μετατροπέας όγκου φαγητού και φαγητού Μετατροπέας περιοχής όγκου και μονάδων συνταγής Μετατροπέας θερμοκρασίας Μετατροπέας πίεσης, καταπόνησης, μετατροπέας μονάδας Young's Μετατροπέας ενέργειας και εργασίας Μετατροπέας ισχύος Μετατροπέας δύναμης Μετατροπέας χρόνου Μετατροπέας γραμμικής ταχύτητας Μετατροπέας καυσίμου Flarmalt των αριθμών σε διαφορετικά συστήματα αριθμών Μετατροπέας μονάδων μέτρησης της ποσότητας πληροφοριών Τιμές νομισμάτων Διαστάσεις γυναικείων ενδυμάτων και υποδημάτων Διαστάσεις ανδρικών ενδυμάτων και υποδημάτων Μετατροπέας γωνιακής ταχύτητας και συχνότητας περιστροφής Μετατροπέας επιτάχυνσης Μετατροπέας γωνιακής επιτάχυνσης Μετατροπέας πυκνότητας Μετατροπέας ειδικής όγκου Μετατροπέας ροπής αδράνειας του μετατροπέα δύναμης Μετατροπέας ροπής Μετατροπέας ειδικής θερμογόνου τιμής (κατά μάζα) Μετατροπέας πυκνότητας ενέργειας και ειδικής θερμογόνου αξίας (κατ' όγκο) Μετατροπέας διαφοράς θερμοκρασίας Μετατροπέας συντελεστή Μετατροπέας θερμικής αντίστασης συντελεστή θερμικής διαστολής Μετατροπέας θερμικής αγωγιμότητας Μετατροπέας ειδικής χωρητικότητας θερμότητας Έκθεση ενέργειας και μετατροπέας ακτινοβολίας ισχύος Μετατροπέας πυκνότητας ροής θερμότητας Μετατροπέας συντελεστής μεταφοράς θερμότητας Μετατροπέας ροής όγκου Μετατροπέας ροής όγκου Μετατροπέας ροής μάζας Μετατροπέας μοριακής ροής μετατροπέας μάζας μετατροπής μάζας Μετατροπέας επιφανειακής τάσης μετατροπέα κινηματικού ιξώδους Μετατροπέας διαπερατότητας ατμών Μετατροπέας ροής νερού μετατροπέας πυκνότητας ροής νερού Μετατροπέας στάθμης ήχου Μετατροπέας ευαισθησίας μικροφώνου Επίπεδο πίεσης ήχου (SPL) Μετατροπέας επιπέδου πίεσης ήχου Μετατροπέας επιπέδου πίεσης ήχου με επιλέξιμη πίεση αναφοράς Μετατροπέας φωτεινότητας μετατροπέας συχνότητας μετατροπής φωτεινότητας μετατροπέας συχνότητας και φωτεινότητας μετατροπέας Ισχύς σε διόπτρες και εστιακή απόσταση Ισχύς απόστασης σε διόπτρες και μεγέθυνση φακού (×) Μετατροπέας ηλεκτρικού φορτίου Γραμμικός μετατροπέας πυκνότητας φορτίου Μετατροπέας επιφανειακής πυκνότητας φόρτισης Μετατροπέας ογκομετρικής πυκνότητας ηλεκτρικού ρεύματος Μετατροπέας γραμμικής πυκνότητας ρεύματος Μετατροπέας πυκνότητας επιφανειακής πυκνότητας επιφανείας Μετατροπέας πυκνότητας ρεύματος επιφάνειας Ηλεκτρικός μετατροπέας πυκνότητας ρεύματος Ηλεκτρικός μετατροπέας ηλεκτρικός μετατροπέας ηλεκτρικής ισχύος Μετατροπέας ηλεκτρικής αγωγιμότητας αντίστασης Μετατροπέας ηλεκτρικής αγωγιμότητας Μετατροπέας επαγωγής χωρητικότητας Μετατροπέας μετρητών καλωδίων ΗΠΑ Επίπεδα μετατροπέα σε dBm (dBm ή dBm), dBV (dBV), Watt, κ.λπ. μονάδες Μετατροπέας μαγνητοκινητικής δύναμης Μετατροπέας ισχύος μαγνητικού πεδίου Μετατροπέας μαγνητικής ροής Μετατροπέας μαγνητικής επαγωγής Ακτινοβολία. Ραδιενέργεια μετατροπέα ρυθμού απορροφούμενης δόσης ιονίζουσας ακτινοβολίας. Ακτινοβολία μετατροπέα ραδιενεργού αποσύνθεσης. Ακτινοβολία μετατροπέα δόσης έκθεσης. Μετατροπέας απορροφημένης δόσης Μετατροπέας δεκαδικού προθέματος Μεταφορά δεδομένων Τυπογραφία και μονάδα επεξεργασίας εικόνας Μετατροπέας μονάδας όγκου ξυλείας Μετατροπέας μονάδας όγκου Υπολογισμός μοριακής μάζας Περιοδικός Πίνακας Χημικών Στοιχείων του D. I. Mendeleev

Αρχική τιμή

Τιμή μετατροπής

Newton ανά μέτρο millineewton ανά μέτρο γραμμάριο-δύναμη ανά εκατοστό dyne ανά εκατοστό erg ανά τετραγωνικό εκατοστό erg ανά τετραγωνικό χιλιοστό λίβρα ανά ίντσα λίβρα-δύναμη ανά ίντσα

Ένταση ηλεκτρικού πεδίου

Περισσότερα για την επιφανειακή τάση

Γενικές πληροφορίες

Η επιφανειακή τάση είναι η ιδιότητα ενός υγρού να αντιστέκεται στη δύναμη που ασκεί πάνω του. Σε σύγκριση με άλλα υγρά, επιφανειακή τάση νερόένα από τα υψηλότερα. Αυτή η ιδιότητα του νερού οφείλεται στη μοριακή του δομή, λόγω της οποίας οι δεσμοί μεταξύ των μορίων είναι πολύ ισχυρότεροι από αυτούς των άλλων υγρών.

Η επιφανειακή τάση εξαρτάται από το ίδιο το υγρό και τη μοριακή του δομή, αλλά και από το υλικό με το οποίο έρχεται σε επαφή αυτό το υγρό. Όταν πρόκειται για επιφανειακή τάση στο ζωικό βασίλειο και σε πολλά άλλα παραδείγματα παρακάτω, συνήθως λαμβάνεται υπόψη είτε το σύστημα νερού-αέρα είτε τα υδατικά διαλύματα διαφόρων ουσιών, καθώς αυτά είναι τα πιο κοινά συστήματα που εμφανίζονται στη φύση.

Υπολογισμοί Επιφανειακής Τάσης

Για να αυξηθεί η επιφάνεια του νερού, δηλαδή να τεντωθεί αυτή η επιφάνεια, είναι απαραίτητο να εκτελεστεί μηχανική εργασία για να ξεπεραστούν οι δυνάμεις της επιφανειακής τάσης. Εάν δεν ασκούνται άλλες εξωτερικές δυνάμεις στο ρευστό, τείνει να λάβει ένα σχήμα στο οποίο η επιφάνεια αυτού του ρευστού είναι ελάχιστη. Όπως θα δούμε παρακάτω, το βέλτιστο σχήμα είναι μια σφαίρα. Σε μηδενική βαρύτητα, το υγρό παίρνει πραγματικά τη μορφή μπάλας. Η δυναμική ενέργεια της επιφανειακής τάσης βρίσκεται με τον τύπο:

Ε σερφ = σ Σ

Εδώ σ είναι ο συντελεστής επιφανειακής τάσης, και μικρόείναι η συνολική επιφάνεια του υγρού. Αυτός ο τύπος μπορεί επίσης να εκφραστεί ως:

σ = surf/S

Όπως φαίνεται από αυτόν τον τύπο, ο συντελεστής επιφανειακής τάσης σ εκφράζεται σε τζάουλ ανά τετραγωνικό μέτρο (J/m² = N/m). Δηλαδή, ο συντελεστής επιφανειακής τάσης σε σταθερή θερμοκρασία του υγρού είναι ίσος με την εργασία που πρέπει να γίνει για να αυξηθεί η επιφάνεια του υγρού ανά μονάδα επιφάνειας. Θυμηθείτε ότι ένα τζάουλ ισούται με ένα Νιούτον πολλαπλασιασμένο με ένα μέτρο και παίρνουμε μια άλλη μονάδα για τη μέτρηση της επιφανειακής τάσης - newton ανά μέτρο (N / m).

Σχετικά με την ορολογία

Η επιφανειακή τάση δεν εμφανίζεται μόνο σε συστήματα αέρα-υγρού. Τις περισσότερες φορές, όταν οι άνθρωποι μιλούν για δύναμη σε μήκος, εννοούν την επιφανειακή τάση στα συστήματα υγρών αερίων. Μερικές φορές μιλάμε για συστήματα υγρού-υγρού, τα οποία έχουν και επιφανειακή τάση. Ένα παράδειγμα συστήματος υγρού-υγρού στο οποίο μπορούμε να μιλήσουμε για επιφανειακή τάση είναι οι λαμπτήρες λάβας. Όταν σβήνει η λάμπα, η παραφίνη σε αυτήν είναι σε στερεή κατάσταση, αλλά όταν ανάβει, θερμαίνεται, λιώνει και ανεβαίνει, καθώς σε θερμαινόμενη κατάσταση η παραφίνη είναι ελαφρύτερη από το υγρό στο οποίο βρίσκεται , και στην ψυχρή κατάσταση είναι πιο βαρύ.

Μηχανισμός Επιφανειακής Τάνυσης

Κάθε μόριο σε ένα υγρό δρα στα γύρω μόρια με μια ορισμένη δύναμη. Κατά συνέπεια, ένας αριθμός δυνάμεων από διαφορετικές κατευθύνσεις από τις πλευρές άλλων μορίων ενεργούν επίσης σε κάθε μόριο. Η δράση αυτών των δυνάμεων μεταξύ των μορίων φαίνεται στην εικόνα. Αυτές οι δυνάμεις προκύπτουν λόγω του γεγονότος ότι τα άτομα υδρογόνου και οξυγόνου που αποτελούν το νερό έλκονται μεταξύ τους λόγω της διαφοράς στα φορτία (το αρνητικό φορτίο του οξυγόνου έλκεται από το θετικό φορτίο του υδρογόνου). Αυτές οι δυνάμεις τραβούν τα μόρια προς διαφορετικές κατευθύνσεις, το ένα προς το άλλο.

Η κατάσταση με τα μόρια στην επιφάνεια μιας ουσίας είναι λίγο διαφορετική, καθώς το μέγεθος της δύναμης με την οποία τα μόρια του αέρα δρουν στα μόρια του νερού είναι πολύ μικρότερο από τη δύναμη με την οποία δρουν τα μόρια του νερού μεταξύ τους. Όπως φαίνεται στην εικόνα, οι δυνάμεις που ασκούνται στα μόρια στην επιφάνεια ενός υγρού είναι μικρότερες από τις δυνάμεις που ασκούνται σε όλα τα άλλα μόρια μέσα στην ουσία. Οι δυνάμεις που δρουν σε αυτά τα μόρια δρουν πάνω τους από τις πλευρές από τις οποίες περιβάλλονται από άλλα μόρια νερού, αλλά όχι από την επιφάνεια. Εξαιτίας αυτού, τα μόρια στην επιφάνεια έλκονται στο υγρό με μεγαλύτερη δύναμη από ό,τι έλκονται προς την επιφάνεια. Εξαιτίας αυτού, ένα πολύ πιο «ανθεκτικό» στρώμα νερού σχηματίζεται στην επιφάνεια. Οι δυνάμεις που ασκούνται στα μόρια στην επιφάνεια προκαλούν συστολή της επιφάνειας προκειμένου να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η επιφάνεια. Σε σύγκριση με άλλους δεσμούς, αυτοί οι δεσμοί είναι πολύ πιο δύσκολο να σπάσουν.

Οι δυνάμεις που δρουν στα μόρια του νερού καθορίζουν την παρουσία δύο ιδιοτήτων του νερού - προσκόλλησηκαι συνοχή. Η συνοχή είναι η ιδιότητα των μορίων της ίδιας ουσίας να ελκύουν το ένα το άλλο. Όπως είδαμε από προηγούμενα παραδείγματα, τα μόρια του νερού είναι εξαιρετικά συνεκτικά. Χάρη στη συνοχή είναι δυνατή η επιφανειακή τάση.

Η πρόσφυση, αντίθετα, είναι η ιδιότητα των μορίων διαφορετικών ουσιών ή υλικών να έλκονται μεταξύ τους. Για παράδειγμα, εάν η πρόσφυση μεταξύ του υγρού και του αγγείου είναι υψηλή, τότε το υγρό «σκαρφαλώνει» στην επιφάνεια του αγγείου, ενώ η περιοχή στο κέντρο του υγρού παραμένει στη θέση του. Αυτό φαίνεται ξεκάθαρα στο παράδειγμα του νερού σε ένα γυάλινο δοχείο - σχηματίζεται νερό κοίλος μηνίσκοςαν το ρίξετε σε ένα στενό σκεύος.

Φυσικά, ένας κοίλος μηνίσκος θα σχηματιστεί σε οποιοδήποτε γυάλινο δοχείο εάν δεν είναι πολύ γεμάτο, αλλά αυτό το φαινόμενο είναι πολύ πιο εύκολο να το δούμε σε ένα στενό αγγείο, όπως ένας σωλήνας. Αξίζει να σημειωθεί ότι στην εικονογράφηση ενός γεμάτου ποτηριού, ο μηνίσκος κυρτός. Αυτό συμβαίνει γιατί το νερό δεν έχει τίποτα να «αγκιστρώσει» πέρα ​​από άλλα μόρια νερού. Το κυρτό σχήμα του μηνίσκου προκαλείται από τη συνοχή μεταξύ των μορίων του νερού. Η διαδικασία σχηματισμού ενός κυρτού μηνίσκου είναι παρόμοια με τη διαδικασία σχηματισμού σταγονιδίων νερού, η οποία περιγράφεται παρακάτω.

Εάν η πρόσφυση μεταξύ της επιφάνειας της ουσίας και του υγρού είναι μικρή, τότε ο μηνίσκος θα είναι κυρτός. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μόρια του υγρού έλκονται από άλλα μόρια του υγρού περισσότερο από ό,τι έλκονται από την επιφάνεια του δοχείου. Ένα καλό παράδειγμα τέτοιου μηνίσκου είναι ο υδράργυρος. Εάν έχετε μια συσκευή μέτρησης με υδράργυρο μέσα, όπως ένα θερμόμετρο, τότε μπορείτε να δείτε εύκολα αυτόν τον μηνίσκο.

Παραδείγματα επιφανειακής τάσης στην εργασία

Παραδείγματα επιφανειακής έντασης στην καθημερινή ζωή και την τεχνολογία μας περιβάλλουν παντού. Η επίδραση της επιφανειακής τάσης φαίνεται ευκολότερα στα συστήματα νερού-αέρα.

Σταγόνες νερού

Ο σχηματισμός σφαιρικών σταγονιδίων συμβαίνει επίσης λόγω των δυνάμεων που έλκουν τα μόρια της επιφάνειας του υγρού προς τα μέσα. Φανταστείτε μια σταγόνα, όπως τη σχεδιάζουν συχνά τα παιδιά - το σχήμα της δεν είναι καθόλου σφαιρικό, αλλά επιμήκη, επιμήκη στο πάνω μέρος και στρογγυλεμένο στο κάτω μέρος. Η πιο συνηθισμένη εικόνα μιας σταγόνας έχει αυτό το σχήμα γιατί πιο συχνά βλέπουμε τέτοιες σταγόνες όταν δρουν πάνω τους διάφορες δυνάμεις. Για παράδειγμα, έτσι φαίνονται οι σταγόνες που κυλούν στην επιφάνεια των φύλλων και των κλαδιών του δέντρου και μετά ρέουν προς τα κάτω.

Όταν μια σταγόνα δεν είναι ακόμη γυαλισμένη από την επιφάνεια στην οποία βρίσκεται, πολλές δυνάμεις ενεργούν πάνω της, συμπεριλαμβανομένης της δύναμης έλξης. Το νερό αλλάζει εύκολα σχήμα, και μια σταγόνα, πριν πέσει κάτω, τεντώνεται και αντιπροσωπεύει κρεμαστή σταγόνα. Είμαστε εξοικειωμένοι με αυτό το σχήμα, καθώς τέτοιες σταγόνες, σε αντίθεση με τις σφαιρικές, κινούνται μάλλον αργά και είναι εύκολα ορατές.

Καθώς η σταγόνα τεντώνεται, φτάνει σε ένα σημείο μέγιστης έκτασης, μετά από το οποίο οι δυνάμεις επιφανειακής τάσης δεν μπορούν πλέον να συγκρατήσουν τα μόρια σταγόνας μαζί. Η σταγόνα διασπάται από άλλα μόρια νερού και πέφτει κάτω. Καθώς πετά προς τα κάτω, η επίδραση των γύρω δυνάμεων σε αυτό μειώνεται και λόγω της επιφανειακής τάσης, το σχήμα του γίνεται σφαιρικό, όπως συζητήσαμε παραπάνω.

Όπως μπορείτε να δείτε στη φωτογραφία μιας σταγόνας καφέ που πέφτει σε ένα φλιτζάνι από μια μηχανή καφέ εσπρέσο, το σχήμα αυτής της σταγόνας είναι πολύ κοντά στο σφαιρικό, αν και παραμορφώνεται ελαφρώς από τη δύναμη της βαρύτητας που ασκεί πάνω της.

Για να κατανοήσουμε τον μηχανισμό πίσω από το σχηματισμό μιας σφαιρικής σταγόνας, μπορούμε επίσης να εξετάσουμε την επιφανειακή τάση από άποψη ενέργειας, όπως στον ορισμό αυτού του φαινομένου παραπάνω. Τα σωματίδια έλκονται από άλλα σωματίδια με αντίθετα φορτία, επομένως μπορούμε να πούμε ότι αυτά τα σωματίδια έχουν μια δυναμική ενέργεια που εξαρτάται από το πώς αυτά τα μόρια αλληλεπιδρούν με τα γύρω μόρια. Τα μόρια στην επιφάνεια ενός υγρού δεν περιβάλλονται από άλλα μόρια στην πλευρά της επιφάνειας, επομένως η δυναμική τους ενέργεια είναι μεγαλύτερη. Ένα τέτοιο σύστημα τείνει να μειώνει τη δυνητική ενέργεια, σύμφωνα με αρχή της ελάχιστης δυναμικής ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια με υψηλότερη δυναμική ενέργεια τείνουν να τη μειώνουν, για παράδειγμα, αλλάζοντας το σχήμα τους. Στην περίπτωσή μας, αυτό επιτυγχάνεται αλλάζοντας τη μορφή που παίρνει το νερό.

Με σταθερή επιφανειακή τάση, η δυναμική ενέργεια μπορεί να μειωθεί μειώνοντας την περιοχή. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι μιλάμε για την περιοχή μεταξύ των μορίων. Έχοντας εξετάσει τους τύπους για τον υπολογισμό του εμβαδού διαφόρων γεωμετρικών σχημάτων, σημειώνουμε ότι η μπάλα είναι η καταλληλότερη για τη μείωση της περιοχής μεταξύ των μορίων, δηλαδή, αυτή η περιοχή για μόρια στην εξωτερική επιφάνεια της μπάλας είναι ελάχιστη σε σύγκριση με άλλες γεωμετρικές σχήματα. Αυτή η σχέση μπορεί να αποδειχθεί χρησιμοποιώντας Εξίσωση Euler-Lagrange.

Αλλαγή στην επιφανειακή τάση με μεταβολή της θερμοκρασίας και της χημικής σύστασης μιας ουσίας

Πρέπει να σημειωθεί ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, η επιφανειακή τάση μειώνεται. Αυτό συμβαίνει γιατί όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, τα μόρια γίνονται πιο ενεργά και η ένταση των δονήσεων τους αυξάνεται. Ως αποτέλεσμα, η απόσταση μεταξύ των μορίων αυξάνεται και οι δεσμοί μεταξύ των μορίων εξασθενούν. Ορισμένες ουσίες που προστίθενται στο νερό, όπως το σαπούνι, μειώνουν επίσης την επιφανειακή τάση και αυτό επιτρέπει στο νερό να προσκολλάται καλύτερα σε άλλες επιφάνειες.

Η μειωμένη επιφανειακή τάση επιτρέπει στο νερό να διεισδύσει στους πόρους και στις δυσπρόσιτες τρύπες, όπως μεταξύ των ινών του υφάσματος. Αυτό είναι δυνατό λόγω του γεγονότος ότι τα μόρια του νερού διαχωρίζονται εύκολα μεταξύ τους σε χαμηλή επιφανειακή τάση. Γι' αυτό τα υφάσματα, τα πιάτα και άλλα αντικείμενα και επιφάνειες πλένονται συχνότερα με ζεστό νερό. Τα απορρυπαντικά έχουν την ίδια επίδραση στη μείωση της επιφανειακής τάσης με τη θέρμανση, επομένως χρησιμοποιούνται συχνά και για τον καθαρισμό επιφανειών, συχνά σε συνδυασμό με ζεστό νερό.

Επιφανειακή τάση στα τριχοειδή αγγεία

Παραπάνω, εξετάσαμε τον σχηματισμό μηνίσκου λόγω πρόσφυσης, αλλά αυτό δεν είναι το μόνο παράδειγμα του πώς συμπεριφέρονται τα υγρά σε στενούς σωλήνες και τριχοειδή αγγεία. Τα υγρά ανεβαίνουν στο τριχοειδές ή το σωλήνα λόγω προσκόλλησης, αλλά για να ανέβει το υγρό μέσα από το σωλήνα ως σύνολο χωρίς να διασπάται, απαιτείται επίσης συνοχή εκτός από την πρόσφυση. Όσο στενότερο είναι το τριχοειδές, τόσο πιο ψηλά μπορεί να ανέβει το υγρό, καθώς σε έναν ευρύτερο σωλήνα μπορεί να μην υπάρχει αρκετή επιφανειακή τάση για να ανυψωθεί μεγάλη ποσότητα νερού.

Παραδείγματα αυτού του φαινομένου στα τριχοειδή αγγεία είναι οι χαρτοπετσέτες που απορροφούν τα χυμένα υγρά, τα αθλητικά ρούχα από ύφασμα που απορροφούν τον ιδρώτα και οι ρίζες που απορροφούν νερό από το έδαφος και το μετακινούν κατά μήκος του κορμού, σε κλαδιά και φύλλα. Αξίζει να σημειωθεί ότι μια τέτοια κίνηση υγρού μπορεί να προκληθεί όχι μόνο από επιφανειακή τάση, αλλά και από όσμωση. Ένα ενδιαφέρον φαινόμενο στους ινδουιστικούς ναούς γνωστό ως θαύμα γάλακτοςεξηγείται επίσης από το έργο των τριχοειδών αγγείων. Το θαύμα του γάλακτος ήταν το εξής. Οι επισκέπτες ενός από τους ινδουιστικούς ναούς στην Ινδία παρατήρησαν ότι τα αγάλματα των θεών στο έδαφος του ναού «έπιναν» το γάλα που άφηναν οι πιστοί σε πιάτα μπροστά τους. Αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί σε κάποιους άλλους ναούς στην Ινδία καθώς και εκτός της χώρας. Οι επιστήμονες εξηγούν αυτό το φαινόμενο με το έργο των τριχοειδών αγγείων: η πέτρα από την οποία ήταν σκαλισμένα τα αγάλματα ήταν πορώδης και το γάλα ανέβαινε μέσα από τα τριχοειδή αγγεία μέσα στα αγάλματα.

Όπως φαίνεται από αυτά τα παραδείγματα, χωρίς επιφανειακή τάση δεν θα υπήρχαν φαινόμενα κίνησης υγρών μέσω τριχοειδών αγγείων. Το υγρό μπορεί να κολλήσει στα τοιχώματα του δοχείου εάν η πρόσφυση μεταξύ του υγρού και του υλικού του δοχείου είναι υψηλή, αλλά χωρίς επιφανειακή τάση, δεν μπορεί να ερπυσθεί, αφού δεν μπορεί να κινηθεί ως σύνολο.

Αντικείμενα που επιπλέουν στην επιφάνεια ενός υγρού

Αντικείμενα που δεν βρέχονται σε ένα υγρό και έχουν πυκνότητα μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού μπορούν να επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού λόγω της ισορροπίας μεταξύ των δυνάμεων που δημιουργούν επιφανειακή τάση και των δυνάμεων που τραβούν το σώμα προς τα κάτω, όπως το σώμα βάρος. Εδώ μιλάμε μόνο για σώματα από αδιάβροχα υλικά. Εάν το νερό διεισδύσει στο υλικό ή κολλήσει στο κέλυφος, τότε η εικόνα γίνεται πολύ πιο περίπλοκη. Αυτή η ιδιότητα του σώματος να παραμένει στην επιφάνεια αποδεικνύεται εύκολα με το παράδειγμα ενός συνδετήρα ή μιας βελόνας που επιπλέει στην επιφάνεια του νερού. Κατεβάστε προσεκτικά τον συνδετήρα μέσα στο νερό, προσπαθώντας να μην ασκήσετε δύναμη, μια μεγάλη δύναμη επιφανειακής τάσης. Για να μειώσετε την ποσότητα του νερού που κολλάει στην επιφάνεια του συνδετήρα και τον κάνει να βυθίζεται κάτω από το νερό, καλύψτε τον συνδετήρα με λάδι. Αν βάλουμε τον συνδετήρα στο νερό αρκετά απαλά, θα μείνει στην επιφάνεια του νερού.

Το σχήμα των σταγονιδίων που κολλάνε σε μια σκληρή επιφάνεια

Στα παραδείγματα που περιγράφηκαν προηγουμένως, είδαμε ότι τα σταγονίδια του νερού τείνουν να γίνονται σφαιρικά προκειμένου να μειωθεί η δυναμική ενέργεια στο σύστημα. Μερικές φορές είναι αδύνατο να επιτευχθεί το σχήμα μιας μπάλας, έτσι οι σταγόνες παίρνουν ένα σχήμα που είναι πιο κοντά σε αυτήν. Εάν μια σταγόνα νερού πέσει σε μια στερεή επιφάνεια και κολλήσει πάνω της, τότε το κάτω μέρος της σταγόνας, που έρχεται σε επαφή με αυτήν την επιφάνεια, θα πάρει τη μορφή αυτής της επιφάνειας, για παράδειγμα, θα γίνει επίπεδο. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη της έλξης τραβά τη σταγόνα προς την επιφάνεια. Η επιφάνεια της σταγόνας, η οποία έρχεται σε επαφή μόνο με τον αέρα, θα είναι, αντίθετα, κοντά στο σχήμα μιας μπάλας. Ως αποτέλεσμα, οι σταγόνες σε επίπεδες επιφάνειες, όπως σε σεντόνι ή σε γυαλί, αποκτούν σχήμα ημισφαιρίου.

Όταν οι σταγόνες πέφτουν σε μια συμπαγή επιφάνεια, παίρνουν ένα σχήμα που επιτρέπει τη μείωση της επιφάνειας και παραμένουν σε αυτό το σχήμα μέχρι να διαταραχθεί τόσο η ισορροπία μεταξύ των δυνάμεων που η επιφανειακή τάση δεν μπορεί πλέον να συγκρατήσει την πτώση στην επιφάνεια σε αυτό το σχήμα. Για παράδειγμα, οι σταγόνες δροσιάς παραμένουν στο ύφασμα της σκηνής μέχρι να έρθουν σε επαφή με άλλη επιφάνεια. Όταν σχηματιστούν οι σταγόνες εξωτερικά, αν αγγίξετε το ύφασμα της σκηνής από μέσα και αφαιρέσετε το χέρι σας, η επιφανειακή τάση θα σπάσει τόσο πολύ που οι σταγόνες θα διαπεράσουν το ύφασμα της σκηνής και το νερό θα παραμείνει στα δάχτυλά σας .

Ένα ενδιαφέρον φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί όταν ένα αλκοολούχο ποτό, όπως το κρασί, χύνεται σε ένα ποτήρι, ειδικά όταν πρόκειται για κρασί με υψηλή περιεκτικότητα σε αλκοόλ. Στα τοιχώματα αυτού του ποτηριού σχηματίζονται σταγόνες νερού, γνωστά ως "δάκρυα του κρασιού".

Αυτό το φαινόμενο προκαλείται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της διαφοράς στην επιφανειακή τάση μεταξύ αιθανόλης και νερού. Όπως αναφέραμε παραπάνω, η επιφανειακή τάση του νερού είναι υψηλή σε σύγκριση με άλλα υγρά. Είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από την επιφανειακή τάση της αιθυλικής αλκοόλης. Σε μείγματα νερού και αλκοόλ, όπως, για παράδειγμα, στο κρασί, τα μόρια του νερού έλκονται μεταξύ τους περισσότερο παρά από τα μόρια αλκοόλης. Εξαιτίας αυτού, το νερό «φεύγει» από τα μόρια του αλκοόλ, μέχρι τα τοιχώματα του ποτηριού. Με άλλα λόγια, το νερό κινείται από τα μόρια της αιθανόλης προς τα μόρια του νερού.

Φυσικά, υπάρχει αιθανόλη στο κρασί σε ένα ποτήρι, αλλά δεν βρίσκεται στην επιφάνεια του ποτηριού πάνω από το επίπεδο του κρασιού, οπότε το νερό κινείται με ακρίβεια πάνω στα τοιχώματα του ποτηριού. Ταυτόχρονα, σταγόνες παρόμοιες με τα δάκρυα σχηματίζονται στους τοίχους πάνω από το επίπεδο του κρασιού. Εξ ου και το όνομα αυτού του φαινομένου.

Όσο περισσότερο νερό μαζεύεται σε μια σταγόνα και όσο πιο ψηλά ανεβαίνει, τόσο πιο δύσκολο είναι να μείνει στο ποτήρι μόνο λόγω επιφανειακής τάσης. Τελικά, η σταγόνα ρέει πίσω στο ποτήρι. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα του κρασιού σε αλκοόλ, τόσο πιο έντονο είναι αυτό το αποτέλεσμα.

Επιφανειακή τάση στην ιατρική διαγνωστική

Οι γιατροί χρησιμοποιούν πληροφορίες σχετικά με την επιφανειακή τάση μιας ουσίας για να προσδιορίσουν την περιεκτικότητά της σε ένα μείγμα. Για παράδειγμα, ορισμένες μορφές ίκτερου χαρακτηρίζονται από υψηλή περιεκτικότητα σε χολικά άλατα στα ούρα. Η παρουσία αυτών των αλάτων μειώνει την επιφανειακή τάση των ούρων και επομένως η περιεκτικότητά τους μπορεί να προσδιοριστεί ελέγχοντας εάν μια συγκεκριμένη ουσία επιπλέει ή βυθίζεται στα ούρα, στην περίπτωσή μας σκόνη θείου. Δεν βυθίζεται στα ούρα ενός υγιούς ασθενούς, αλλά αν υπάρχει πρόσμιξη χολικών αλάτων σε αυτό, τότε η επιφανειακή τάση δεν είναι αρκετή και η σκόνη θείου βυθίζεται. Αυτό το τεστ ονομάζεται Το τεστ του Hay.

Στη φύση

Μέτρηση επιφανειακής τάσης

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να βρείτε την επιφανειακή τάση χρησιμοποιώντας διάφορα όργανα μέτρησης. Παρακάτω εξετάζουμε αρκετά γνωστά συστήματα μέτρησης.

Σε συσκευές του πρώτου τύπου, μετράται η δύναμη που ασκείται στη συσκευή μέτρησης ως αποτέλεσμα επιφανειακής τάσης. Όταν μετράται με τη μέθοδο αποκοπής δακτυλίου du Nouyκαι μέθοδος du Nuy-Padeyεκτιμάται η δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση του δακτυλίου ή της βελόνας από την επιφάνεια του υγρού, αντίστοιχα. Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, η δύναμη που ασκείται σε έναν δακτύλιο ή τη βελόνα λόγω επιφανειακής τάσης όταν το σηκώνουμε από την επιφάνεια ενός υγρού είναι ίση σε μέγεθος με τη δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση αυτών των αντικειμένων από την επιφάνεια του νερού. Δηλαδή, μετρώντας τη δύναμη που χρειάζεται για την ανύψωση αυτών των αντικειμένων, παίρνουμε και την ποσότητα δύναμης που τα εμποδίζει να σηκωθούν.

Μέθοδος Wilhelmyμετρά τη δύναμη που ασκείται σε μια μεταλλική πλάκα βυθισμένη σε υγρό του οποίου η επιφανειακή τάση μετράται. Το υγρό προσκολλάται σε μια πλάκα, έναν δακτύλιο ή μια βελόνα (όπως στις προηγούμενες μεθόδους μέτρησης) και η επιφανειακή τάση συγκρατεί τα μόρια του υγρού που προσκολλώνται στην επιφάνεια, καθώς και τα υπόλοιπα μόρια, μαζί ως σύνολο. Δηλαδή το υγρό «δεν αφήνει» το πιάτο, το δαχτυλίδι ή τη βελόνα. Το υλικό από το οποίο κατασκευάζεται η πλάκα είναι γνωστό, καθώς και πόσο ισχυρά προσκολλάται το νερό σε αυτό το υλικό, και αυτό λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό της δύναμης.

Η επιφανειακή τάση μπορεί επίσης να βρεθεί χρησιμοποιώντας το βάρος των σταγονιδίων νερού που πέφτουν από έναν κατακόρυφο σωλήνα ή τριχοειδές. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται σταλαγμομετρικάκαι η συσκευή που μετρά την επιφανειακή τάση είναι ένα σταλαγμόμετρο. Η επιφανειακή τάση ενός υγρού μπορεί εύκολα να υπολογιστεί από το βάρος μιας σταγόνας, αφού το βάρος και η επιφανειακή τάση σχετίζονται. Εάν η διάμετρος του σωλήνα είναι γνωστή, τότε το βάρος μιας σταγόνας μπορεί να προσδιοριστεί από τον αριθμό των σταγόνων σε μια ορισμένη ποσότητα υγρού.

Μέθοδος προσδιορισμού με το σχήμα μιας κρεμαστής σταγόναςπαρόμοιο με το προηγούμενο στο ότι χρησιμοποιεί επίσης μια σταγόνα για τον προσδιορισμό της δύναμης επιφανειακής τάσης. Σε αυτή την περίπτωση, μετριέται πόσο μπορεί να επιμηκυνθεί η σταγόνα πριν αποχωριστεί από το υπόλοιπο υγρό και πέσει κάτω.

Υπάρχουν επίσης συσκευές μέτρησης που περιστρέφουν υγρό και αέριο (για συστήματα υγρού-αερίου) έως ότου το σύστημα φτάσει σε ισορροπία και το σχήμα της ουσίας γίνει σταθερό. Σε αυτή την περίπτωση, η επιφανειακή τάση καθορίζεται από το σχήμα μιας ουσίας με μικρότερη πυκνότητα. Αυτή η μέθοδος μέτρησης της επιφανειακής τάσης ονομάζεται μέθοδος περιστρεφόμενης πτώσης.

Δυσκολεύεστε να μεταφράσετε μονάδες μέτρησης από τη μια γλώσσα στην άλλη; Οι συνάδελφοι είναι έτοιμοι να σας βοηθήσουν. Δημοσιεύστε μια ερώτηση στο TCTermsκαι μέσα σε λίγα λεπτά θα λάβετε απάντηση.

Επιφανειακή τάση πόσιμου νερού

Μια σημαντική παράμετρος του πόσιμου νερού είναι η επιφανειακή τάση. Καθορίζει τον βαθμό προσκόλλησης μεταξύ των μορίων του νερού και το σχήμα της επιφάνειας του υγρού και επίσης καθορίζει τον βαθμό απορρόφησης νερού από το σώμα.

Το επίπεδο εξάτμισης ενός υγρού εξαρτάται από το πόσο ισχυρά είναι συνδεδεμένα τα μόριά του μεταξύ τους. Όσο ισχυρότερα έλκονται τα μόρια μεταξύ τους, τόσο λιγότερο πτητικό είναι το υγρό. Όσο χαμηλότερη είναι η επιφανειακή τάση ενός υγρού, τόσο πιο πτητικό είναι. Οι αλκοόλες και οι διαλύτες έχουν τη χαμηλότερη επιφανειακή τάση. Αυτό, με τη σειρά του, καθορίζει τη δραστηριότητά τους - την ικανότητα αλληλεπίδρασης με άλλες ουσίες.

Οπτικά, η επιφανειακή τάση μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής: εάν ρίξετε αργά το τσάι σε ένα φλιτζάνι μέχρι το χείλος, τότε για κάποιο χρονικό διάστημα δεν θα ξεχειλίσει και στο εκπεμπόμενο φως μπορείτε να δείτε ότι έχει σχηματιστεί μια λεπτή μεμβράνη πάνω από την επιφάνεια του υγρού , που εμποδίζει το τσάι να χυθεί. Φουσκώνει καθώς συμπληρώνεται και μόνο στην «τελευταία σταγόνα», όπως λένε, ξεχειλίζει το υγρό.

Όσο περισσότερο «υγρό» νερό χρησιμοποιείται για πόσιμο, τόσο λιγότερη ενέργεια χρειάζεται το σώμα για να σπάσει τους μοριακούς δεσμούς και να κορεστεί τα κύτταρα με νερό.

Η μονάδα μέτρησης για την επιφανειακή τάση είναι dyne/cm.

Το νερό της βρύσης έχει βαθμό επιφανειακής τάσης έως 73 dynes/cm και το ενδο- και εξωκυτταρικό υγρό περίπου 43 dynes/cm, επομένως το κύτταρο χρειάζεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας για να ξεπεράσει την επιφανειακή τάση του νερού.

Μεταφορικά, το νερό είναι πιο «παχύ» και πιο «υγρό». Είναι επιθυμητό να εισέλθει περισσότερο «υγρό» νερό στο σώμα, τότε τα κύτταρα δεν θα χρειαστεί να ξοδέψουν ενέργεια για να ξεπεράσουν την επιφανειακή τάση. Το νερό με χαμηλή επιφανειακή τάση είναι πιο βιολογικά διαθέσιμο. Είναι πιο εύκολο να μπείτε σε διαμοριακές αλληλεπιδράσεις.

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί το ζεστό νερό καθαρίζει τη βρωμιά καλύτερα από το κρύο νερό; Αυτό συμβαίνει γιατί όσο αυξάνεται η θερμοκρασία του νερού, μειώνεται η επιφανειακή του τάση. Όσο χαμηλότερη είναι η επιφανειακή τάση του νερού, τόσο καλύτερος διαλύτης είναι. Ο συντελεστής επιφανειακής τάσης εξαρτάται από τη χημική σύσταση του υγρού, το μέσο με το οποίο συνορεύει και τη θερμοκρασία. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, μειώνεται και εξαφανίζεται στην κρίσιμη θερμοκρασία.Ανάλογα με την ισχύ της αλληλεπίδρασης των μορίων του υγρού με τα σωματίδια του στερεού που έρχονται σε επαφή με αυτό, η διαβροχή ή η μη διαβροχή του στερεού από το υγρό είναι Και στις δύο περιπτώσεις, η επιφάνεια του υγρού κοντά στο όριο με το στερεό είναι καμπύλη.

Η επιφανειακή τάση του νερού μπορεί να μειωθεί, για παράδειγμα, με την προσθήκη βιολογικά δραστικών ουσιών ή με θέρμανση του υγρού. Όσο πιο κοντά είναι η τιμή της επιφανειακής τάσης του νερού που χρησιμοποιείτε για κατανάλωση είναι 43 dynes/cm, τόσο λιγότερη ενέργεια μπορεί να απορροφήσει το σώμα σας.

Δεν ξέρω πού να πάρω σωστό νερό ? θα προκαλέσω!

Σημείωση:

Πατώντας το κουμπί " Να ξερω» δεν οδηγεί σε χρηματοοικονομικά έξοδα και υποχρεώσεις.

Είσαι μόνο λάβετε πληροφορίες σχετικά με τη διαθεσιμότητα του κατάλληλου νερού στην περιοχή σας,

καθώς αποκτήστε μια μοναδική ευκαιρία να γίνετε μέλος της λέσχης υγιών ανθρώπων δωρεάν

επιφανειακό στρώμα,

ένα λεπτό στρώμα ύλης κοντά στην επιφάνεια επαφής δύο φάσεων (σώματα, μέσα), το οποίο διαφέρει ως προς τις ιδιότητες από ουσίες στον κύριο όγκο των φάσεων. Ειδικές ιδιότητες του Π. με. λόγω της περίσσειας ελεύθερης ενέργειας που συγκεντρώνεται σε αυτό (βλ. Επιφανειακή ενέργεια, Επιφανειακή τάση), καθώς και των χαρακτηριστικών της δομής και της σύνθεσής του. ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. στο όριο των συμπυκνωμένων φάσεων ονομάζεται συχνά διεπιφανειακό στρώμα. πάχος Π. με. εξαρτάται από τη διαφορά στις πυκνότητες φάσεων, την ένταση και τον τύπο των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων στην οριακή ζώνη, τη θερμοκρασία, την πίεση, τα χημικά δυναμικά και άλλες θερμοδυναμικές παραμέτρους του συστήματος. Σε ορισμένες περιπτώσεις, δεν υπερβαίνει το πάχος του μονομοριακού στρώματος, σε άλλες φθάνει σε δεκάδες και εκατοντάδες μοριακά μεγέθη. Έτσι, P. s. υγρά κοντά σε κρίσιμες θερμοκρασίες ανάμιξης μπορεί να έχουν πάχος 1000 (100 nm) ή περισσότερο. Ένα επιφανειακό στρώμα που σχηματίζεται από μόρια (ή ιόντα) μιας προσροφημένης ουσίας ονομάζεται στρώμα προσρόφησης. Η σύνθεση και οι ιδιότητες του P. s αλλάζουν ιδιαίτερα έντονα. κατά την προσρόφηση επιφανειοδραστικών ουσιών. Προσρόφηση, χημειορόφηση και χημικές επιδράσεις στο P. s. ένα στερεό μπορεί να προκαλέσει τη λυοφιλοποίηση ή τη λυοφοβία του (βλ. Λυοφιλικότητα και λυοφοβικότητα), να οδηγήσει σε μείωση της αντοχής του (βλ. Φαινόμενο Rebinder) ή, αντίθετα, να αυξήσει τα μηχανικά χαρακτηριστικά. κατάσταση του Π. με. διάφορα δομικά, ραδιομηχανικά και άλλα υλικά αντικατοπτρίζονται έντονα στα λειτουργικά, τεχνικά και τεχνολογικά χαρακτηριστικά τους. Με τις ιδιότητες του Π. σ. συνέδεσε διάφορα επιφανειακά φαινόμενα στον κόσμο γύρω μας.

Η επιφανειακή τάση είναι ένα θερμοδυναμικό χαρακτηριστικό της διεπαφής μεταξύ δύο φάσεων σε ισορροπία, που καθορίζεται από το έργο του αναστρέψιμου ισοθερμοκινητικού σχηματισμού μιας μονάδας επιφάνειας αυτής της διεπαφής, υπό την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία, ο όγκος του συστήματος και τα χημικά δυναμικά όλων των συστατικών και στις δύο φάσεις παραμένουν συνεχής.

Η επιφανειακή τάση έχει διπλή φυσική σημασία - ενέργεια (θερμοδυναμική) και δύναμη (μηχανική). Ενέργεια (θερμοδυναμικός) ορισμός: επιφανειακή τάση είναι η ειδική εργασία αύξησης της επιφάνειας όταν αυτή τεντώνεται, με την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία είναι σταθερή. Ορισμός της δύναμης (μηχανική): Επιφανειακή τάση είναι η δύναμη ανά μονάδα μήκους μιας γραμμής που περιορίζει την επιφάνεια ενός υγρού.

Στατικές μέθοδοι:

1. Μέθοδος τριχοειδούς ανύψωσης

2. Μέθοδος Wilhelmy

3. Η μέθοδος άμιστης πτώσης

4. Μέθοδος προσδιορισμού με το σχήμα μιας κρεμαστής σταγόνας.

5. Μέθοδος περιστρεφόμενης πτώσης

Δυναμικές μέθοδοι:

1. Μέθοδος Du Nuy (μέθοδος ρήξης δακτυλίου).

2. Σταλαγμομετρική, ή μέθοδος μέτρησης σταγόνων.

3. Μέθοδος μέγιστης πίεσης φυσαλίδων.

4. Μέθοδος ταλαντευόμενου πίδακα

5. Μέθοδος στάσιμου κύματος

6. Μέθοδος ταξιδιού κύματος

Επιφανειακή τάση, η επιθυμία μιας ουσίας (υγρής ή στερεάς φάσης) να μειώσει την περίσσεια της δυναμικής της ενέργειας στη διεπιφάνεια με μια άλλη φάση (επιφανειακή ενέργεια). Ορίζεται ως η εργασία που δαπανάται για τη δημιουργία μιας μονάδας επιφάνειας της διεπαφής φάσης (διάσταση J / m 2). Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, η επιφανειακή τάση είναι η δύναμη ανά μονάδα μήκους του περιγράμματος που περιορίζει τη διεπιφάνεια (διάσταση N/m). αυτή η δύναμη δρα εφαπτομενικά στην επιφάνεια και εμποδίζει την αυθόρμητη αύξησή της.

Η επιφανειακή τάση είναι το κύριο θερμοδυναμικό χαρακτηριστικό του επιφανειακού στρώματος ενός υγρού στη διεπιφάνεια με την αέρια φάση ή άλλο υγρό. Η επιφανειακή τάση διαφόρων υγρών στο όριο με τους δικούς τους ατμούς ποικίλλει σε ένα ευρύ φάσμα: από μονάδες για υγροποιημένα αέρια χαμηλού σημείου βρασμού έως αρκετές χιλιάδες mN/m για τηγμένες πυρίμαχες ουσίες. Η επιφανειακή τάση εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Για πολλά μη συνδεδεμένα υγρά ενός συστατικού (νερό, λιωμένα άλατα, υγρά μέταλλα), μακριά από την κρίσιμη θερμοκρασία, η γραμμική εξάρτηση ικανοποιείται καλά:

Οι επιφανειοδραστικές ουσίες (επιφανειοδραστικές ουσίες) είναι χημικές ενώσεις που, συγκεντρωμένες στη διεπιφάνεια, προκαλούν μείωση της επιφανειακής τάσης.

Το κύριο ποσοτικό χαρακτηριστικό των επιφανειοδραστικών είναι η επιφανειακή δραστηριότητα - η ικανότητα μιας ουσίας να μειώνει την επιφανειακή τάση στο όριο της φάσης - αυτό είναι το παράγωγο της επιφανειακής τάσης σε σχέση με τη συγκέντρωση επιφανειοδραστικού καθώς το C τείνει στο μηδέν. Ωστόσο, η επιφανειοδραστική ουσία έχει ένα όριο διαλυτότητας (τη λεγόμενη κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίου ή CMC), φτάνοντας στο οποίο, όταν προστίθεται η επιφανειοδραστική ουσία στο διάλυμα, η συγκέντρωση στο όριο φάσης παραμένει σταθερή, αλλά ταυτόχρονα, τα μόρια της επιφανειοδραστικής ουσίας αυτοοργανώνονται στο χύμα διάλυμα (σχηματισμός μικκυλίων ή συσσωμάτωση). Ως αποτέλεσμα αυτής της συσσωμάτωσης, σχηματίζονται τα λεγόμενα μικκύλια. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του σχηματισμού μικκυλίων είναι η θολότητα του διαλύματος επιφανειοδραστικού. Τα υδατικά διαλύματα επιφανειοδραστικών ουσιών, κατά τον σχηματισμό μικκυλίων, αποκτούν επίσης μια γαλαζωπή απόχρωση (ζελατινώδης απόχρωση) λόγω της διάθλασης του φωτός από τα μικκύλια.

Σε αυτό το μάθημα, θα μιλήσουμε για τα υγρά και τις ιδιότητές τους. Τα υγρά έχουν μια σειρά από ενδιαφέρουσες ιδιότητες και τις εκδηλώσεις τους. Μια τέτοια ιδιότητα θα συζητηθεί σε αυτό το μάθημα.

Στον κόσμο γύρω μας, μαζί με τη βαρύτητα, την ελαστικότητα και την τριβή, υπάρχει μια άλλη δύναμη που συνήθως δίνουμε ελάχιστη ή καθόλου προσοχή. Αυτή η δύναμη είναι σχετικά μικρή, η δράση της δεν προκαλεί ποτέ εντυπωσιακά αποτελέσματα. Ωστόσο, δεν μπορούμε να ρίξουμε νερό σε ένα ποτήρι, δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα απολύτως με κανένα υγρό χωρίς να θέσουμε σε κίνηση τις δυνάμεις για τις οποίες θα μιλήσουμε. Αυτές είναι δυνάμεις επιφανειακής τάσης.

Η ικανότητα ενός υγρού να συστέλλει την επιφάνειά του ονομάζεται επιφανειακή τάση.

δύναμη επιφανειακής τάσηςονομάζεται η δύναμη που δρα κατά μήκος της επιφάνειας του υγρού κάθετα στη γραμμή που περιορίζει αυτή την επιφάνεια και τείνει να τη μειώσει στο ελάχιστο.

Η δύναμη επιφανειακής τάσης προσδιορίζεται από τον τύπο, το γινόμενο του σίγμα και του el. Όπου σίγμα είναι ο συντελεστής επιφανειακής τάσης, el είναι το μήκος της περιμέτρου διαβροχής.

Ας σταθούμε στην έννοια του «συντελεστή επιφανειακής τάσης» με περισσότερες λεπτομέρειες.

Ο συντελεστής επιφανειακής τάσης είναι αριθμητικά ίσος με τη δύναμη που ασκεί ανά μονάδα μήκους της περιμέτρου διαβροχής και κατευθύνεται κάθετα σε αυτήν την περίμετρο.

Επίσης, ο συντελεστής επιφανειακής τάσης ενός υγρού είναι μια φυσική ποσότητα που χαρακτηρίζει ένα δεδομένο υγρό και ισούται με την αναλογία της επιφανειακής ενέργειας προς την επιφάνεια του υγρού.

Τα μόρια του επιφανειακού στρώματος ενός υγρού έχουν περίσσεια δυναμικής ενέργειας σε σύγκριση με την ενέργεια που θα είχαν αυτά τα μόρια αν βρίσκονταν μέσα στο υγρό.

επιφανειακή ενέργειαείναι η περίσσεια δυναμικής ενέργειας που διαθέτουν τα μόρια στην επιφάνεια του υγρού.

Ο συντελεστής επιφανειακής τάσης μετριέται σε Newton διαιρούμενο με ένα μέτρο.

Ας συζητήσουμε από τι εξαρτάται ο συντελεστής επιφανειακής τάσης ενός υγρού. Αρχικά, ας θυμηθούμε ότι ο συντελεστής επιφανειακής τάσης χαρακτηρίζει την ειδική ενέργεια της αλληλεπίδρασης των μορίων, πράγμα που σημαίνει ότι οι παράγοντες που αλλάζουν αυτή την ενέργεια θα αλλάξουν και τον συντελεστή επιφανειακής τάσης του υγρού.

Έτσι, ο συντελεστής επιφανειακής τάσης εξαρτάται από:

1. Η φύση του υγρού (για «πτητικά» υγρά, όπως αιθέρας, αλκοόλη και βενζίνη, η επιφανειακή τάση είναι μικρότερη από αυτή των «μη πτητικών» - νερό, υδράργυρος και υγρά μέταλλα).

2. Θερμοκρασία (όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερη είναι η επιφανειακή τάση).

3. Η παρουσία επιφανειοδραστικών ουσιών που μειώνουν την επιφανειακή τάση (επιφανειοδραστικές ουσίες), όπως σαπούνι ή σκόνη πλυσίματος.

4. Ιδιότητες αερίου που γειτνιάζει με υγρό.

Οι δυνάμεις επιφανειακής τάσης καθορίζουν το σχήμα και τις ιδιότητες των σταγονιδίων υγρού, μιας σαπουνόφουσκας. Αυτές οι δυνάμεις κρατούν μια ατσάλινη βελόνα και ένα έντομο που ξεπερνά το νερό στην επιφάνεια του νερού και διατηρεί την υγρασία στην επιφάνεια του υφάσματος.

Μπορείτε να επαληθεύσετε την ύπαρξη δυνάμεων επιφανειακής τάσης χρησιμοποιώντας ένα απλό πείραμα. Εάν ένα νήμα είναι δεμένο στο συρμάτινο δακτύλιο σε δύο σημεία, και έτσι ώστε το μήκος του νήματος να είναι κάπως μεγαλύτερο από το μήκος της χορδής που συνδέει τα σημεία σύνδεσης του νήματος και βουτήξτε το συρμάτινο δακτύλιο σε σαπουνόνερο, το σαπούνι η μεμβράνη θα σφίξει ολόκληρη την επιφάνεια του δακτυλίου και το νήμα θα απλωθεί στη μεμβράνη σαπουνιού. Εάν η μεμβράνη τώρα σκιστεί στη μία πλευρά του νήματος, η μεμβράνη σαπουνιού που παραμένει στην άλλη πλευρά του νήματος θα συρρικνωθεί και θα τραβήξει το νήμα. Γιατί συνέβη αυτό; Το γεγονός είναι ότι το διάλυμα σαπουνιού που παραμένει στην κορυφή, δηλαδή το υγρό, τείνει να μειώσει την επιφάνεια του. Έτσι, το νήμα τραβιέται προς τα πάνω.

Εξετάστε ένα πείραμα που επιβεβαιώνει την επιθυμία ενός υγρού να μειώσει την επιφάνεια επαφής με τον αέρα ή τον ατμό αυτού του υγρού.

Ένα ενδιαφέρον πείραμα πραγματοποίησε ο Βέλγος φυσικός Joseph Plateau. Υποστηρίζει ότι εάν μια σταγόνα βρίσκεται σε συνθήκες όπου η κύρια επίδραση στο σχήμα της ασκείται από δυνάμεις επιφανειακής τάσης, παίρνει τη μορφή με τη μικρότερη επιφάνεια, δηλαδή σφαιρική.

Επιφανειακή τάση, η επιθυμία μιας ουσίας (υγρής ή στερεάς φάσης) να μειώσει την περίσσεια της δυναμικής της ενέργειας στη διεπιφάνεια με μια άλλη φάση (επιφανειακή ενέργεια). Ορίζεται ως η εργασία που δαπανάται για τη δημιουργία μιας μονάδας επιφάνειας της διεπαφής φάσης (διάσταση J / m 2). Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, επιφανειακή τάση- δύναμη που σχετίζεται με το μοναδιαίο μήκος του περιγράμματος που περιορίζει την επιφάνεια διαχωρισμού φάσης (διάσταση N/m). αυτή η δύναμη δρα εφαπτομενικά στην επιφάνεια και εμποδίζει την αυθόρμητη αύξησή της.

Επιφανειακή τάση- το κύριο θερμοδυναμικό χαρακτηριστικό του επιφανειακού στρώματος ενός υγρού στο όριο με την αέρια φάση ή άλλο υγρό. Επιφανειακή τάσητων διαφόρων υγρών στο όριο με τους δικούς τους ατμούς ποικίλλει σε ένα ευρύ φάσμα: από μονάδες υγροποιημένων αερίων χαμηλού σημείου βρασμού έως αρκετές χιλιάδες mN/m για τηγμένες πυρίμαχες ουσίες. Επιφανειακή τάσηεξαρτάται από τη θερμοκρασία. Για πολλά μη συνδεδεμένα υγρά ενός συστατικού (νερό, λιωμένα άλατα, υγρά μέταλλα), μακριά από την κρίσιμη θερμοκρασία, η γραμμική εξάρτηση ικανοποιείται καλά:

όπου s και s 0 - επιφανειακή τάση σε θερμοκρασίες Τκαι Τ 0 αντίστοιχα, α≈0,1 mN/(m K) - συντελεστής θερμοκρασίας επιφανειακή τάση. Ο κύριος τρόπος ρύθμισης επιφανειακή τάσηείναι η χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών (επιφανειοδραστικών).

Επιφανειακή τάσημπαίνει σε πολλές εξισώσεις φυσικής, φυσικής και κολλοειδούς χημείας, ηλεκτροχημείας.

Ορίζει τις ακόλουθες ποσότητες:

1. τριχοειδική πίεση, όπου r 1 και r 2 - οι κύριες ακτίνες καμπυλότητας της επιφάνειας και η πίεση του κορεσμένου ατμού r rπάνω από μια καμπύλη υγρή επιφάνεια: , όπου r- ακτίνα καμπυλότητας της επιφάνειας, Rείναι η σταθερά του αερίου, V nείναι ο μοριακός όγκος του υγρού, Π 0 - πίεση σε μια επίπεδη επιφάνεια (νόμοι Laplace και Kelvin, βλ. Τριχοειδή φαινόμενα).

2. Γωνία διαβροχής θ σε επαφή υγρού με στερεή επιφάνεια: cos , όπου είναι η ειδική ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια ενός στερεού στη διεπιφάνεια με αέριο και υγρό, - επιφανειακή τάσηυγρά (νόμος Young, βλέπε Διαβροχή).

3. Προσρόφηση τασιενεργού όπου μ είναι το χημικό δυναμικό της προσροφημένης ουσίας (εξίσωση Gibbs, βλέπε Προσρόφηση). Για αραιά διαλύματα όπου Με- μοριακή συγκέντρωση επιφανειοδραστικών ουσιών.

4. Η κατάσταση του στρώματος προσρόφησης τασιενεργού στην υγρή επιφάνεια: (σελ μικρό + α/Α2)·( ΕΝΑ- σι)=κ Τ, όπου σελ μικρό\u003d (s 0 -s) - δισδιάστατη πίεση, s 0 και s - αντίστοιχα επιφανειακή τάσηκαθαρό υγρό και το ίδιο υγρό παρουσία στρώματος προσρόφησης, ένα- σταθερά (ανάλογα με τη σταθερά van der Waals), ΕΝΑείναι το εμβαδόν του επιφανειακού στρώματος ανά ένα προσροφημένο μόριο, σιείναι η περιοχή που καταλαμβάνει 1 μόριο υγρού, κ- Σταθερά Boltzmann (εξίσωση Frumkin-Volmer, βλ. Επιφανειακή δραστηριότητα).

5. Ηλεκτροτριχοειδές αποτέλεσμα:- ρεμικρό/ ρε f \u003d r s, όπου r s είναι η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου, f είναι το δυναμικό του ηλεκτροδίου (εξίσωση Lipman, βλ. Ηλεκτροτριχοειδή φαινόμενα).

6. Το έργο σχηματισμού κρίσιμου πυρήνα νέας φάσης Τουαλέτα. Για παράδειγμα, κατά την ομοιογενή συμπύκνωση του ατμού υπό πίεση , όπου Π 0 - πίεση ατμών πάνω από την επίπεδη επιφάνεια του υγρού (εξίσωση Gibbs, βλ. Δημιουργία νέας φάσης).

7. Το μήκος l των τριχοειδών κυμάτων στην επιφάνεια του υγρού: , όπου ρ είναι η πυκνότητα του υγρού, τ είναι η περίοδος ταλάντωσης, σολ- επιτάχυνση της βαρύτητας.

8. Ελαστικότητα υγρών μεμβρανών με στρώμα επιφανειοδραστικής ουσίας: μέτρο ελαστικότητας , όπου μικρό- περιοχή φιλμ (εξίσωση Gibbs, βλ. Λεπτές μεμβράνες).

Επιφανειακή τάσημετράται για πολλές καθαρές ουσίες και μείγματα (διαλύματα, τήγματα) σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και συνθέσεων. Επειδή η επιφανειακή τάσηπολύ ευαίσθητο στην παρουσία ακαθαρσιών, οι μετρήσεις με διαφορετικές μεθόδους δεν δίνουν πάντα τις ίδιες τιμές.

Οι κύριες μέθοδοι μέτρησης είναι οι εξής:

1. άνοδος υγρών διαβροχής στα τριχοειδή αγγεία. Ύψος ανύψωσης, πού είναι η διαφορά μεταξύ της πυκνότητας του υγρού και του εκτοπισμένου αερίου, ρ είναι η ακτίνα του τριχοειδούς. Ακρίβεια ορισμού επιφανειακή τάσηαυξάνεται με τη μείωση της αναλογίας ρ/α (α είναι η τριχοειδής σταθερά του υγρού).

2. Μέτρηση της μέγιστης πίεσης στη φυσαλίδα αερίου (μέθοδος Rehbinder). ο υπολογισμός βασίζεται στην εξίσωση Laplace. Όταν μια φυσαλίδα συμπιέζεται σε υγρό μέσω ενός βαθμονομημένου τριχοειδούς με ακτίνα r, πριν από τη στιγμή του διαχωρισμού, η πίεση p m =2σ/r

3. Μέθοδος ζύγισης σταγόνας (σταλαγμομετρία): (εξίσωση Tate), όπου σολ- συνολικό βάρος nσταγόνες που αποσπώνται υπό τη δράση της βαρύτητας από το κόψιμο ενός τριχοειδούς σωλήνα με ακτίνα r. Για να βελτιωθεί η ακρίβεια, η δεξιά πλευρά πολλαπλασιάζεται με έναν συντελεστή διόρθωσης ανάλογα με το r και τον όγκο των σταγονιδίων.

4. Μέθοδος ζυγοστάθμισης πλακών (μέθοδος Wilhelmy). Όταν βυθίζετε μια πλάκα με περίμετρο τομής μεγάλοστο υγρό διαβροχής το βάρος της πλάκας, όπου σολ 0 - βάρος ξηρής πλάκας.

5. Μέθοδος αποκοπής του δακτυλίου (μέθοδος Du Nuy). Να σκίσει ένα συρμάτινο δακτύλιο με ακτίνα Rαπαιτείται δύναμη από την επιφάνεια του υγρού

6. Μέθοδος καθιστή πτώση. Το προφίλ μιας σταγόνας σε ένα μη διαβρέξιμο υπόστρωμα προσδιορίζεται από την προϋπόθεση ότι το άθροισμα των υδροστατικών και τριχοειδών πιέσεων είναι σταθερό. Η διαφορική εξίσωση του προφίλ πτώσης λύνεται με αριθμητική ολοκλήρωση (μέθοδος Bashfort-Adams). Μετρώντας τις γεωμετρικές παραμέτρους του προφίλ πτώσης χρησιμοποιώντας τους κατάλληλους πίνακες, βρίσκουν επιφανειακή τάση.

7. Μέθοδος περιστρεφόμενης πτώσης. Μια σταγόνα υγρού με πυκνότητα r 1 τοποθετείται σε σωλήνα με βαρύτερο (πυκνότητα r 2) υγρό. Όταν ο σωλήνας περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ω, το σταγονίδιο επιμηκύνεται κατά μήκος του άξονα, παίρνοντας περίπου το σχήμα ενός κυλίνδρου ακτίνας r. Υπολογιστική εξίσωση: . Η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των μικρών επιφανειακή τάσηστη διεπαφή μεταξύ δύο υγρών.

Επιφανειακή τάσηείναι καθοριστικός παράγοντας σε πολλές τεχνολογικές διεργασίες: επίπλευση, εμποτισμός πορωδών υλικών, επίστρωση, δράση πλύσης, μεταλλουργία σκόνης, συγκόλληση κ.λπ. επιφανειακή τάσησε διαδικασίες που συμβαίνουν στην έλλειψη βαρύτητας.

έννοια επιφανειακή τάσηεισήχθη για πρώτη φορά από τον J. Segner (1752). Στο πρώτο μισό του XIX αιώνα. με βάση την ιδέα του επιφανειακή τάσηαναπτύχθηκε η μαθηματική θεωρία των τριχοειδών φαινομένων (P. Laplace, S. Poisson, K. Gauss, A.Yu. Davidov). Στο δεύτερο μισό του XIX αιώνα. Ο J. Gibbs ανέπτυξε τη θερμοδυναμική θεωρία των επιφανειακών φαινομένων, στην οποία τον καθοριστικό ρόλο παίζει επιφανειακή τάση. Τον ΧΧ αιώνα. αναπτύσσονται μέθοδοι ρύθμισης επιφανειακή τάσημε τη βοήθεια επιφανειοδραστικών και ηλεκτροτριχοειδών επιδράσεων (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumkin). Μεταξύ των σύγχρονων επίκαιρων προβλημάτων είναι η ανάπτυξη της μοριακής θεωρίας επιφανειακή τάσηδιάφορα υγρά (συμπεριλαμβανομένων των λιωμένων μετάλλων), η επίδραση της καμπυλότητας της επιφάνειας σε επιφανειακή τάση.