Ĉu vi iam ludis sapvezikojn? Sapvezikoj estas rondaj. Amuza. Oni povas bloviĝi. Post flugado, sapvezikoj eksplodas. Ho, ĝi estas amuza, infaneca ludo. Kial sapveziko estas ronda?
Bonvolu vekiĝi matene, poste rimarki la foliojn ĉirkaŭ la domo. Observu la gutetojn de roso algluitajn al la folioj. Estas strange; rosgutoj estas rondaj. Kiel povas esti tiel?
Surfaca tensio okazas ĉar la surfaco de la likvaĵo emas streĉiĝi tiel ke la surfaco aspektas kiel maldika membrano. Ĉi tion influas la kohezia forto inter akvomolekuloj. Por pli bone kompreni ĉi tiun klarigon, konsideru la jenan ilustraĵon. Ni revizias la likvaĵon en ujo.
Interne de la likvaĵo, ĉiu likva molekulo estas ĉirkaŭata de aliaj molekuloj ambaŭflanke; sed sur la surfaco de la likvaĵo, estas nur likvaj molekuloj sube. Supre, ne estas aliaj likvaj molekuloj. Ĉar la likvaj molekuloj altiras unu la alian, ekzistas totala forto nula en la molekulo, kiu estas interne de la likvaĵo. Kontraste, la likvaj molekuloj situantaj sur la surfaco estas tirataj de la partikloj de fluido, kiuj estas sube. Rezulte, sur la surfaco de la likvaĵo, ekzistas totala forto direktita malsupren. Pro la neta forto malsupren, la likvaĵo situanta sur la surfaco emas redukti sian surfacareon, ŝrumpante kiel eble plej forte.
Tio kaŭzas, ke la likva tavolo sur la surfaco aspektas kvazaŭ ĝi estus kovrita de maldika elasta membrano. Ĉi tiu fenomeno estas konata kiel surfaca tensio.
[irp]
Kiam la agrafo estas zorge metita sur la surfacon de la akvo, la akvomolekuloj situantaj sur la surfaco estas iomete premitaj de la gravito de la agrafo, tiel ke la akvomolekuloj situantaj sube cedas la restarigan forton por subteni la agrafon.
En realeco, temas ne nur pri agrafoj aŭ paperfiksiloj, sed ankaŭ pri aliaj aferoj kiel pingloj. Se ni zorge metas la pinglon super la akvosurfacon, la pinglo flosos. La surfaca tensio de la likvaĵo estas ankaŭ la kialo, kial insektoj povas flosi sur akvo.
La Ekvacio de Surfaca Tensio
En la antaŭa diskuto, ni studis la koncepton de surfaca tensio kvalite (ne ekzistas matematika ekvacio). Nun ni revizias la surfacan tension kvante. Por helpi nin derivi la ekvacion de surfaca tensio, ni rigardas draton, kiu estas fleksita por formi la literon U. Alia rekta drato estas ligita al la du kruroj de la U-drato, kie la rekta drato povas esti movita.
Se oni enigas ĉi tiun draton en la sapon, post ĝia elpreno formiĝos tavolo de sapa akvo sur la surfaco de la drato. Estas simile al kiam oni ludas sapvezikojn. Ĉar la rekta drato povas esti movita kaj la maso ne estas tro granda, la tavolo de sapa akvo donos surfacan tensioforton al la rekta drato, tiel ke la drato iras rekte supren. Por malhelpi la rektan draton moviĝi (la drato estas en ekvilibro), necesas totala malsuprenira forto, kie la kvanto de la totala forto estas F = w + T. En ekvilibro, F = la forto de la surfaca tensio portata de la tavolo de sapo sur la rekta drato.
Supozu, ke la longo de rekta drato estas l. Ĉar la tavolo de sapa akvo, kiu tuŝas rektan draton, havas du surfacojn, la surfaca streĉa forto generita de la tavolo de sapa akvo funkcias laŭ 2l. Surfaca streĉo en la saptavolo estas komparo inter la Surfaca streĉa forto (F) kaj la surfaclongo, ĉe kiu la forto funkcias (d). En ĉi tiu kazo, la surfaclongo estas 2l. Matematike, skribite:
Ĉar surfaca tensio estas la proporcio inter la forto de surfaca tensio kaj longo, la unuo de surfaca tensio estas Neŭtono por metro (N/m) aŭ dino por centimetro (dinoj/cm).
Jen kelkaj valoroj de surfaca tensio akiritaj surbaze de eksperimentoj.
Surbaze de la datumoj pri surfaca tensio, la temperaturo influas la valoron de la surfaca tensio de la fluido. Ĝenerale, kiam la temperaturo pliiĝas, la valoro de la surfaca tensio malpliiĝas (Komparu la surfacan tension de akvo ĉe ĉiu temperaturo. Vidu la tabelon). Tio estas ĉar kiam la temperaturo pliiĝas, la likvaj molekuloj moviĝas pli rapide, tiel ke la efiko de interagado inter la fluidaj molekuloj malpliiĝas. Rezulte, la valoro de la surfaca tensio ankaŭ malpliiĝas.
Apliko de konceptoj pri surfaca streĉo en ĉiutaga vivo
Ĉu vi iam demandis, kial ni lavu vestaĵojn per sapo? La problemo estas, ke la vestaĵoj, kiujn ni lavas, estas vere puraj; la akvo devas trairi tre mallarĝan fendon en la vestfibroj. Tial necesas pliigi la akvan surfacareon. Nu, tio estas tre malfacile farebla pro la surfaca tensio. Neeviteble, la valoro de la surfaca tensio devas esti malaltigita unue. Ni povas redukti la surfacan tension per uzado de varma akvo. Ju pli alta la akvotemperaturo, des pli bone, ĉar ju pli alta la akvotemperaturo, des pli malgranda la surfaca tensio (vidu tabelon). Ĉi tiu estas la unua alternativo kaj estas malofte uzata metodo. Alia eblo estas uzi sapon.
Je temperaturo de 20 ° C, la streĉa valoro de la surfaco de sapa akvo estas 25.00 mN/m. Provu kompari inter sapo kaj varma akvo, kiu estas la plej malgranda surfaca streĉa valoro? Je 100 ° C, la surfaca streĉa valoro de varma akvo = 58.90. Je temperaturo de 20 ° C, la surfaca streĉa valoro de sapo estas 25.00 mN/m. Estas pli profite uzi sapon. La supre klarigita estas nur unu el la influaj faktoroj?
Kial la sap- aŭ akva veziko estas ronda?
Vezikoj de sapo aŭ akvogutoj estas rondaj ĉar ili estas influataj de surfaca tensio. Unue, ni diskutas sapvezikojn. Sapvezikoj havas du maldikajn membranojn sur la surfaco kaj inter ili estas maldikaj tavoloj de akvo.
La ĉeesto de surfaca tensio kaŭzas la kuntiriĝon de la membrano kaj emas redukti ĝian surfacareon. Kiam la sapa akva membrano kuntiriĝas kaj provas minimumigi sian surfacareon, ekzistas diferenco en la aerpremo ekstere de la membrano (atmosfera premo) kaj la aerpremo interne de la tavolo. La aerpremo ekster la tavolo (atmosfera premo) ankaŭ puŝas la membranon de la sapa akvo kiam ĝi kuntiriĝas, ĉar la aerpremo interne de la membrano estas pli malgranda.
Post kiam la membrano kuntiriĝis, la aero interne (aero kaptita inter la du membranoj) estas subpremita, pliigante la aerpremon ene de la tavolo ĝis ne plu estas kuntiriĝo. Alivorte, kiam ne plu estas kuntiriĝo, la kvanto de aerpremo inter la membranoj estas la sama kiel atmosfera premo + la forto de la surfaca tensio kiu sulkigas la tavolon.
Do kio pri rosgutoj aŭ akvogutoj elirantaj el la krano? La samo ĉar la ĉefa kaŭzo estas surfaca tensio. Se sapvezikoj havas du maldikajn membranojn sur du surfacoj, tiam la akvogutoj havas nur unu maldikan tavolon, kiu estas sur la ekstera flanko de la akvogutoj. La interno estas plena de akvo. Pro la kohezia forto, surfaca tensio ekestas. La ekstera parto de la akvoguto estas tirata enen. Rezulte, akvo kuntiriĝas kaj emas redukti sian surfacareon. La atmosfera premo, kiu estas ekstere, ankaŭ subpremas akvogutojn. La kuntiriĝo ĉesos kiam la premo sur la interna flanko de la akvo egalos al atmosfera premo + la forto de la surfaca tensio, kiu kuntirigas la akvan membranon.
