Deall Tensiwn Arwyneb
Mae tensiwn arwyneb yn digwydd oherwydd bod wyneb hylif yn tueddu i stiffu, gan greu ymddangosiad tenau tebyg i bilen. Mae hyn yn cael ei ddylanwadu gan y grymoedd cydlynol rhwng moleciwlau dŵr. I ddeall yr esboniad hwn yn well, ystyriwch y darlun canlynol. Gadewch i ni ystyried hylif mewn cynhwysydd.
Mae moleciwlau hylif fel arfer yn denu ei gilydd. Y tu mewn i hylif, mae pob moleciwl hylif wedi'i amgylchynu gan foleciwlau eraill ar bob ochr; ond ar wyneb yr hylif, dim ond moleciwlau hylif sydd i'r ochrau ac islaw. Nid oes unrhyw foleciwlau hylif eraill uwchben. Gan fod moleciwlau hylif yn denu ei gilydd, mae grym net o sero ar y moleciwlau y tu mewn i'r hylif. I'r gwrthwyneb, mae moleciwlau hylif ar yr wyneb yn cael eu denu gan y moleciwlau hylif ar yr ochrau ac islaw. O ganlyniad, mae grym net ar wyneb yr hylif sy'n cael ei gyfeirio tuag i lawr. Oherwydd y grym net hwn tuag i lawr, mae'r hylif ar yr wyneb yn tueddu i leihau ei arwynebedd, gan grebachu cymaint â phosibl.
Mae hyn yn achosi i'r haen o hylif ar yr wyneb ymddangos fel pe bai wedi'i gorchuddio â philen elastig denau.
Pan gaiff y clip ei osod yn ofalus ar wyneb y dŵr, mae'r moleciwlau dŵr sydd wedi'u lleoli ar yr wyneb yn cael eu pwyso ychydig gan ddisgyrchiant y clip, fel bod y moleciwlau dŵr sydd wedi'u lleoli isod yn rhoi grym adfer tuag i fyny i gynnal y clip (cofiwch hydwythedd a chyfraith Hooke ).
Mewn gwirionedd, nid clipiau papur yw'r unig beth y gallwch ei ddefnyddio; gallant hefyd fod yn wrthrychau eraill fel nodwyddau. Os byddwch chi'n gosod nodwydd yn ofalus ar wyneb dŵr, bydd yn arnofio. Dyma hefyd pam y gall pryfed arnofio ar ddŵr.
Hafaliad Tensiwn Arwyneb
I'n helpu i ddeillio'r hafaliad tensiwn arwyneb, rydym yn ystyried gwifren sydd wedi'i phlygu i siâp y llythyren U. Mae gwifren syth arall ynghlwm wrth ddwy goes y wifren U, lle gellir symud y wifren syth.
Os rhoddir y wifren hon mewn toddiant sebon, yna ar ôl iddi gael ei thynnu bydd haen o ddŵr sebonllyd yn ffurfio ar wyneb y wifren. Yn debyg i pan fyddwch chi'n chwarae swigod sebon. Gan y gellir symud y wifren syth ac nad yw ei màs yn rhy fawr, bydd yr haen o ddŵr sebonllyd yn darparu grym tensiwn arwyneb ar y wifren syth fel bod y wifren syth yn symud i fyny (nodwch gyfeiriad y saeth). I atal y wifren syth rhag symud (mae'r wifren mewn cydbwysedd), mae angen cyfanswm grym sy'n cael ei gyfeirio i lawr, lle mae maint y cyfanswm grym yn F = w + T. Mewn cydbwysedd, F = y grym a roddir gan yr haen o ddŵr sebonllyd ar y wifren syth.
Tybiwch fod hyd gwifren syth yn l. Gan fod gan yr haen o ddŵr sebonllyd sy'n cyffwrdd â'r wifren syth ddau arwyneb, mae'r grym a gynhyrchir gan yr haen dŵr sebonllyd yn gweithredu ar hyd hyd o 2l. Y tensiwn arwyneb ar yr haen sebon yw'r gymhareb rhwng y Grym (F) a hyd yr arwyneb y mae'r grym yn gweithredu arno (d). Ar gyfer yr achos hwn, hyd yr arwyneb yw 2l. Yn fathemategol, ysgrifennir fel a ganlyn:
Gan mai tensiwn arwyneb yw'r gymhareb o rym i hyd uned, yr unedau yw Newton y metr (N/m) neu dyn y centimetr (dyn/cm).
Dyma rai gwerthoedd Tensiwn Arwyneb a gafwyd yn seiliedig ar arbrofion.
Yn seiliedig ar y data uchod, mae'n ymddangos bod tymheredd yn effeithio ar densiwn arwyneb hylif. Yn gyffredinol, wrth i'r tymheredd gynyddu, mae'r gwerth yn lleihau. Mae hyn oherwydd wrth i'r tymheredd gynyddu, mae'r moleciwlau hylif yn symud yn gyflymach, gan leihau'r rhyngweithio rhyngddynt. O ganlyniad, mae gwerth y tensiwn arwyneb hefyd yn lleihau.
Cymhwysiad mewn bywyd bob dydd
Ydych chi erioed wedi meddwl pam rydyn ni'n golchi dillad gyda sebon? Y broblem yw, er mwyn cael dillad gwirioneddol lân, rhaid i ddŵr basio trwy fylchau cul iawn yn y ffibrau. Mae hyn yn gofyn am gynyddu arwynebedd y dŵr. Mae hyn yn anodd iawn i'w gyflawni oherwydd tensiwn arwyneb. P'un a ydych chi'n ei hoffi ai peidio, rhaid gostwng tensiwn arwyneb y dŵr yn gyntaf. Gallwn ostwng y tensiwn arwyneb trwy ddefnyddio dŵr poeth. Po uchaf yw tymheredd y dŵr, y gorau, gan fod tymheredd y dŵr yn uwch, yr isaf yw'r tensiwn arwyneb (gweler y tabl). Dyma'r dewis arall cyntaf ac anaml y caiff ei ddefnyddio, ac eithrio'r rhai sy'n hoffi chwarae gyda dŵr poeth. Dewis arall yw defnyddio sebon.
Ar dymheredd o 20 o C, gwerth Tensiwn Arwyneb dŵr sebonllyd yw 25,00 mN/m. Rhowch gynnig ar gymharu dŵr sebonllyd a dŵr poeth, pa werth yw'r lleiaf? Ar 100 o C, gwerth tensiwn arwyneb dŵr poeth = 58,90. Ar dymheredd o 20 o C, gwerth tensiwn arwyneb dŵr sebonllyd yw 25,00 mN/m. Mae'n fwy proffidiol defnyddio sebon… nid yw'r dŵr yn boeth chwaith. Mae yna ffactorau eraill o hyd sy'n effeithio ar ba mor dda y gellir glanhau ein dillad neu ein cyrff â sebon. Felly dim ond un o'r ffactorau dylanwadol yw'r hyn a eglurir uchod.
Pam mae swigod sebon neu ddŵr yn grwn?
Mae swigod sebon, neu ddiferion dŵr, yn sfferig o ran siâp oherwydd tensiwn arwyneb. Gadewch i ni drafod swigod sebon yn gyntaf. Mae gan swigod sebon ddau bilen denau ar eu harwyneb, gyda haen denau o ddŵr rhyngddynt.
Mae tensiwn arwyneb yn achosi i'r bilen gyfangu, gan dueddu i leihau ei harwynebedd. Pan fydd y bilen ddŵr sebonllyd yn cyfangu ac yn ceisio lleihau ei harwynebedd, mae gwahaniaeth mewn pwysedd aer yn codi rhwng tu allan y bilen (pwysedd atmosfferig) a thu mewn y bilen. Mae'r pwysedd aer y tu allan i'r bilen (pwysedd atmosfferig) hefyd yn gwthio'r bilen dŵr sebonllyd wrth iddi gyfangu, oherwydd bod y pwysedd aer y tu mewn i'r bilen yn is.
Ar ôl i'r bilen gyfangu, mae'r aer y tu mewn (yr aer sydd wedi'i ddal rhwng y ddwy bilen) hefyd yn cael ei gywasgu, gan gynyddu'r pwysedd aer y tu mewn i'r bilen nes bod y crebachiad yn stopio. Mewn geiriau eraill, pan fydd y crebachiad yn stopio, mae'r pwysedd aer rhwng y pilenni yn hafal i'r pwysedd atmosfferig + y grym tensiwn arwyneb sy'n cyfangu'r pilenni.
Felly beth am ddiferion gwlith neu ddiferion dŵr yn dod allan o dap? Maen nhw'n y bôn yr un peth, gan mai'r prif achos yw tensiwn arwyneb. Er bod gan swigod sebon ddau bilen denau ar ei ddau arwyneb, dim ond un bilen denau sydd gan ddiferyn dŵr, ar du allan y ddiferyn. Mae'r tu mewn wedi'i lenwi â dŵr. Mae tu allan y ddiferyn yn cael ei dynnu i mewn. O ganlyniad, mae'r dŵr yn cyfangu, gan dueddu i leihau ei arwynebedd. Mae'r pwysau atmosfferig allanol hefyd yn helpu i gywasgu'r diferyn dŵr. Mae'r crebachiad yn dod i ben pan fydd y pwysau ar du mewn y dŵr yn hafal i bwysau atmosfferig ynghyd â'r grym sy'n cyfangu'r bilen ddŵr.
