דוגמת מתח פני השטח

ה מתח פני השטח הוא הכוח המופעל על פני הנוזל שנמצא במנוחה, כדי לנטרל את משקלו של חפץ קל המונח עליו. יתר על כן, ניתן להגדיר את מתח השטח כ- כוח שמפעיל נוזל להתנגד להישבר על פניו. זהו המאפיין העיקרי המחזיק בועות סבון, עקביות ומוצקות.

נוזלים הם אחד המאפיינים העיקריים שלהם נפח קבוע, שצורתם תשתנה בהתאם למיכל המכיל אותם. נוזלים מסתגלים לצורת המיכל, ותופסים תמיד את החלק הנמוך ביותר שלו על ידי כוח הכבידה. באופן זה הם משאירים משטח חופשי, לא שטוח לחלוטין, או שהם מאמצים צורות מיוחדות כמו טיפות, בועות או בועות.

יש אז כוחות שטח, שיחות לכידות והדבקה, אשר מוסברים להלן:

הִתלַכְּדוּת: זה כאשר שני משטחים נוזליים שונים מושפעים מכוח משיכה זה לזה, המופעל במולקולות החיצוניות ביותר.

הִצטָרְפוּת: זה כאשר נוזל משולב על ידי משיכה אל פני השטח של מוצק, מתפזר באזור זה.

שני אלו כוחות פני השטח אחראים לתופעות ביולוגיות שונות, המבוסס על המושגים מתח פנים ונימיחות.

מתח פנים

בנוזל, כל מולקולה מוקפת במולקולות נוספות; באופן זה המשיכה לכל הכיוונים מפוצה בכל נקודת נוזל, למעט על פני השטח, שם אין מולקולות מעל, אלא רק אוויר, כוחות מופנים לנוזלוכך נוצר משיכה נטו לתוכן זה.

הנוזל, אם כן, נוטה ליצור לכידות, זהה לא להתפזר, ולמזער את פני השטח שלו וליצור טיפות. על פני הנוזל תהיה התנהגות של סרט שמציע עמידות לעיוותו, ולכן עמידות בפני שבירה.

כדי למדוד את כוח הלכידות הזה, שוקלים מבנה תיל עם צד הזזה, ובו מונחת שכבת נוזל. השוואה פשוטה של ​​מבנה זה היא עם טבעת נושבת בועות סבון, בה ניתן להחליק מעט את החוט כדי להפוך את הטבעת לגדולה יותר.

ה נוזל ינסה למזער את פני השטח, המיועד על ידי S, מפעיל כוח F בצד הזזה, אותו ניתן למדוד. מסקנה היא כי חישוב הכוח נותר:

איפה γ הוא מתח השטח, ו- l הוא אורך הכבל שמחליק.

ה מתח פני השטח γ הוא תכונה של הנוזל. הכוח F יהיה תלוי ב- l, באורך כבל ההזזה, אך לא במשטח S. הגורם 2 מוצג מכיוון שיש שני משטחים, שהם הפנימי והחיצוני של חוט ההזזה, שנמצא במגע עם הנוזל.

ה מתח פני השטח γ הוא הכוח ליחידת אורך המופעל על ידי משטח של נוזל על כל קו, הממוקם עליו כקצה הידוק.

הכוח שמקורו במתח השטח הוא בניצב לקו השטח, ומשיק לו.

ניתן להגדיר את מתח השטח γ גם כ- אנרגיה ליחידת שטח הדרוש להגדלת שטח ומתבטא בנוסחה הבאה:

מכיוון שנדרשת אנרגיה להיווצרות משטח, נוזלים נוטים להפחית את שטחם החשוף ביחס לסביבה. לעניין זה משטחי גופי המים כמו אגמים, ים ואוקיאנוסים במצב רגוע הם שטוחים.

מתח פנים נמדד בניוטון בכל מטר (N / m)ולכל חומר הוא יורד עם עליית הטמפרטורה. זה של מים גדול יותר מאשר ברוב הנוזלים, וגם בגלל העובדה שהוא אחד הנוזלים הצפופים ביותר, עם 1 גרם / ס"מ³ צְפִיפוּת.

להלן טבלה עם ערכים של כמה חומרים, האופייניים לסדרת טמפרטורות.

נוזל	T (° C)	γ (N / m)
הֶלִיוּם	-270	0.0002
מֵימָן	-255	0.002
נֵאוֹן	-247	0.005
חַמצָן	-193	0.016
אתנול	20	0.022
מי סבון	20	0.025
מים	100	0.059
מים	60	0.062
מים	20	0.073
מים	0	0.076
כַּספִּית	20	0.465
כסף	970	0.800

פעילי שטח או פעילי שטח

לפעמים נדרש להפחית את מתח השטח של נוזל. מושגת הממיס בה את החומרים הנקראים פעילי שטח או פעילי שטח, שיוצרים סרט משטח שהמולקולות של הנוזל הפנימי בקושי נמשכות אליו.

הודות לחומרים פעילי שטח קל יותר להידבק בנוזל המדובר.

דוגמאות למתח פנים

היתוש שנוחת על המים ונותר תלוי על פני השטח.

לוח קלקר או קלקר תלוי במים.

יריעת המים שנוצרת על הטבעת לפני שנושפים בועת סבון.

חלקיקי החול או האבק הקלים ביותר, אם אינם מתסיסים, נותרים תלויים על פני המים.

כשיש מים ושמן בכוס, יש מתח פנים בהפרדה בין השניים לפי צפיפות.

כשמשקה בטעמים מזועזע הרבה, הבועות הנוצרות נשארות על פני השטח, כל אחת מהן מעורבת במתח השטח הכולל.

בגרגירי מי הסבון בהפעלת מכונת כביסה יש בועות ובועות שנוצרות לפני השטיפה.

אוניות מנצלות את המאפיין הזה של מים כדי להישאר מעל המים, בזכות העובדה שהן נושאות אוויר פנימה. הם כמו בועה צפה על פני המים.

גלשנים יוצרים מתח פנים כאשר המים במנוחה, וכאשר יש תנועה הם מחזיקים מעמד.

כשמבשלים חלב גולמי מתחיל יצירת קרם שמתאחד כשהחלב מתקרר. זו שכבה עבה של שומן על גבי החלק הנוזלי.

אל תשכח להשאיר את הערותיך.