Играли ли сте някога сапунени мехурчета? Сапунените мехурчета са кръгли. Забавно. Могат да се духат. След като полетят, сапунените мехурчета се пукат. Уау, забавно е, детска игра. Защо сапунените мехурчета са кръгли?
Моля, събудете се сутрин и обърнете внимание на листата около къщата. Наблюдавайте капчиците роса, прикрепени към листата. Странно е; капките роса са кръгли. Как е възможно да е така?
Повърхностното напрежение възниква, защото повърхността на течността има тенденция да се стяга, така че да изглежда като тънка мембрана. Това се влияе от силата на сцепление между водните молекули. За да разберем по-добре това обяснение, разгледайте следната илюстрация. Разглеждаме течността в съд.
Вътре в течността всяка течна молекула е заобиколена от други молекули от всяка страна; но на повърхността на течността има само течни молекули отдолу. Отгоре няма други течни молекули. Тъй като течните молекули се привличат една друга, има обща сила нула в молекулата, която е във вътрешността на течността. За разлика от това, течните молекули, разположени на повърхността, се привличат от частиците флуид, които са на дъното. В резултат на това върху повърхността на течността има обща сила, насочена надолу. Поради сумарната сила надолу, течността, разположена на повърхността, се стреми да намали повърхността си, като се свива възможно най-силно.
Това кара течният слой на повърхността да изглежда сякаш е покрит с тънка еластична мембрана. Това явление е известно като повърхностно напрежение.
[ирп]
Когато щипката е внимателно поставена върху повърхността на водата, водните молекули, разположени на повърхността, са леко притиснати от гравитацията на щипката, така че водните молекули, разположени отдолу, дават сила на възстановяване нагоре, за да поддържат щипката.
В действителност, не става въпрос само за кламери или кламери, но и за други неща, като игли. Ако внимателно поставим иглата над повърхността на водата, тя ще се носи по водата. Повърхностното напрежение на течността е и причината, поради която насекомите могат да се носят по водата.
Уравнението на повърхностното напрежение
В предишното обсъждане изучихме качествено концепцията за повърхностно напрежение (няма математическо уравнение). Сега ще разгледаме повърхностното напрежение количествено. За да ни помогне да изведем уравнението на повърхностното напрежение, разглеждаме проводник, който е огънат, за да образува буквата U. Друг прав проводник е прикрепен към двата крака на U-образния проводник, където правият проводник може да се движи.
Ако тази тел се вкара в сапуна, след изваждането ѝ ще се образува слой сапунена вода върху повърхността ѝ. Все едно играете със сапунени мехурчета. Тъй като правата тел може да се движи и масата ѝ не е твърде голяма, слоят сапунена вода ще приложи сила на повърхностно напрежение върху нея, така че тя да се издига право нагоре. За да се предотврати движението на правата тел (тя е в равновесие), е необходима обща сила надолу, като сумата на общата сила е F = w + T. В равновесие, F = силата на повърхностното напрежение, носена от слоя сапун върху правата тел.
Да предположим, че дължината на прав проводник е l. Тъй като слоят сапунена вода, който докосва прав проводник, има две повърхности, силата на повърхностно напрежение, генерирана от слоя сапунена вода, действа по дължина 2l. Повърхностното напрежение в сапунения слой е сравнение между силата на повърхностно напрежение (F) и дължината на повърхността, на която действа силата (d). В този случай дължината на повърхността е 2l. Математически, записано:
Тъй като повърхностното напрежение е съотношението между силата на повърхностното напрежение и дължината, единицата за повърхностно напрежение е нютон на метър (N/m) или дин на сантиметър (дин/cm).
Следват някои стойности на повърхностното напрежение, получени въз основа на експерименти.
Въз основа на данните за повърхностното напрежение, температурата влияе върху стойността на повърхностното напрежение на флуида. Обикновено, когато температурата се повиши, стойността на повърхностното напрежение намалява (Сравнете повърхностното напрежение на водата при всяка температура. Вижте таблицата). Това е така, защото когато температурата се повиши, молекулите на течността се движат по-бързо, така че ефектът от взаимодействието между молекулите на флуида намалява. В резултат на това стойността на повърхностното напрежение също намалява.
Приложение на концепциите за повърхностно напрежение в ежедневието
Някога питали ли сте се защо трябва да перем дрехи със сапун? Проблемът е, че дрехите, които перем, са наистина чисти; водата трябва да преминава през много тясна пролука във влакната на дрехите. Поради тази причина е необходимо да се увеличи повърхността на водата. Е, това е много трудно да се направи заради повърхностното напрежение. Неизбежно е първо да се намали стойността на повърхностното напрежение. Можем да намалим повърхностното напрежение, като използваме гореща вода. Колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-добре, защото колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-малко е повърхностното напрежение (вижте таблицата). Това е първата алтернатива и е рядко използван метод. Друг вариант е да се използва сапун.
При температура от 20 ° C, стойността на повърхностното напрежение на сапунената вода е 25.00 mN/m. Опитайте се да сравните между сапун и гореща вода, коя е най-малката стойност на повърхностното напрежение? При 100 ° C, стойността на повърхностното напрежение на горещата вода = 58.90. При температура от 20 ° C, стойността на повърхностното напрежение на сапуна е 25.00 mN/m. По-изгодно е да се използва сапун. Обясненото по-горе е само един от влияещите фактори?
Защо сапуненият или водният мехур е кръгъл?
Сапунените мехурчета или капките вода са кръгли, защото са под въздействието на повърхностното напрежение. Първо ще обсъдим сапунените мехурчета. Сапунените мехурчета имат две тънки мембрани на повърхността, а между тях има тънки слоеве вода.
Наличието на повърхностно напрежение кара мембраната да се свива и има тенденция да намалява повърхността си. Когато мембраната от сапунена вода се свива и се опитва да минимизира повърхността си, има разлика в налягането на въздуха от външната страна на мембраната (атмосферно налягане) и налягането на въздуха от вътрешната страна на слоя. Налягането на въздуха, което е извън слоя (атмосферно налягане), също натиска мембраната от сапунена вода, когато тя се свива, защото налягането на въздуха от вътрешната страна на мембраната е по-малко.
След като мембраната се свие, въздухът вътре (въздухът, задържан между двете мембрани) се потиска, увеличавайки налягането на въздуха вътре в слоя, докато свиването спре. С други думи, когато свиването спре, количеството на въздушното налягане между мембраните е същото като атмосферното налягане + силата на повърхностното напрежение, която набръчква слоя.
Тогава какво да кажем за капките роса или капките вода, излизащи от чешмата? Същото, защото основната причина е повърхностното напрежение. Ако сапунените мехурчета имат две тънки мембрани на две повърхности, тогава капките вода имат само един тънък слой, който е от външната страна на водните капки. Вътрешната част е пълна с вода. Поради силата на сцепление възниква повърхностно напрежение. Външната част на водната капка се придърпва навътре. В резултат на това водата се свива и се стреми да намали повърхността си. Атмосферното налягане, което е отвън, също потиска водните капки. Свиването ще спре, когато налягането от вътрешната страна на водата е равно на атмосферното налягане + силата на повърхностното напрежение, която свива водната мембрана.
