Komprenante Surfacan Streĉon
Surfaca tensio okazas ĉar la surfaco de likvaĵo emas rigidiĝi, kreante maldikan membransimilan aspekton. Ĉi tion influas la koheziaj fortoj inter akvomolekuloj. Por pli bone kompreni ĉi tiun klarigon, konsideru la jenan ilustraĵon. Ni konsideru likvaĵon en ujo.
Likvaj molekuloj tipe altiras unu la alian. Ene de likvaĵo, ĉiu likva molekulo estas ĉirkaŭata de aliaj molekuloj ambaŭflanke; sed ĉe la surfaco de la likvaĵo, estas nur likvaj molekuloj flanke kaj sube. Ne estas aliaj likvaj molekuloj supre. Ĉar likvaj molekuloj altiras unu la alian, ekzistas neta forto nulo sur la molekuloj en la interno de la likvaĵo. Male, likvaj molekuloj ĉe la surfaco estas altiritaj de la likvaj molekuloj flanke kaj sube. Rezulte, ekzistas neta forto ĉe la surfaco de la likvaĵo, kiu estas direktita malsupren. Pro ĉi tiu neta forto malsupren, la likvaĵo ĉe la surfaco emas redukti sian surfacareon, ŝrumpante kiel eble plej multe.
Tio kaŭzas, ke la tavolo de likvaĵo sur la surfaco aspektas kvazaŭ ĝi estas kovrita de maldika elasta membrano.
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 penas supreniran restarigan forton por subteni la agrafon (memoru elastecon kaj la leĝon de Hooke ).
En realeco, paperfiksiloj ne estas la sola afero, kiun vi povas uzi; ili ankaŭ povas esti aliaj objektoj kiel pingloj. Se vi zorge metas pinglon sur la surfacon de akvo, ĝi flosos. Tial ankaŭ insektoj povas flosi sur akvo.
Ekvacio de Surfaca Streĉo
Por helpi nin derivi la ekvacion de surfaca tensiaĵo, ni konsideras draton, kiu estas fleksita en U-formon. Alia rekta drato estas ligita al la du kruroj de la U-drato, kie la rekta drato povas esti movita.
Se ĉi tiu drato estas metita en sapsolvaĵon, tiam post ĝia forigo, tavolo de sapa akvo formiĝos sur la surfaco de la drato. Simile al kiam oni ludas sapvezikojn. Ĉar la rekta drato povas esti movita kaj ĝia maso ne estas tro granda, la tavolo de sapa akvo provizos surfacan streĉan forton sur la rekta drato, tiel ke la rekta drato moviĝas supren (notu la direkton de la sago). Por malhelpi la rektan draton moviĝi (la drato estas en ekvilibro), necesas totala forto direktita malsupren, kie la grando de la totala forto estas F = w + T. En ekvilibro, F = la forto penita de la tavolo de sapa akvo sur la rektan draton.
Supozu, ke la longo de rekta drato estas l. Ĉar la tavolo de sapakvo, kiu tuŝas la rektan draton, havas du surfacojn, la forto generita de la sapakva tavolo agas laŭ longo de 2l. La surfaca tensio sur la saptavolo estas la proporcio inter la Forto (F) kaj la longo de la surfaco, sur kiu la forto agas (d). Por ĉi tiu kazo, la longo de la surfaco estas 2l. Matematike, ĝi estas skribita:
Ĉar surfaca tensio estas la rilatumo de forto al unuo de longo, la unuoj estas Neŭtono por metro (N/m) aŭ dino por centimetro (dina/cm).
Jen kelkaj valoroj de surfaca streĉo akiritaj surbaze de eksperimentoj.
Surbaze de la supre menciitaj datumoj, ŝajnas ke temperaturo influas la surfacan tension de fluido. Ĝenerale, kiam la temperaturo pliiĝas, la valoro malpliiĝas. Ĉi tio estas ĉar kiam la temperaturo pliiĝas, la likvaj molekuloj moviĝas pli rapide, reduktante la interagadon inter la likvaj molekuloj. Sekve, la valoro de la surfaca tensio ankaŭ malpliiĝas.
Apliko en ĉiutaga vivo
Ĉu vi iam scivolis, kial ni lavas vestaĵojn per sapo? La problemo estas, ke por akiri vere purajn vestaĵojn, akvo devas trapasi tre mallarĝajn fendojn en la fibroj. Tio postulas pliigi la surfacareon de la akvo. Tio estas tre malfacile atingebla pro la surfaca tensio. Ĉu ni ŝatas aŭ ne, la surfaca tensio de la akvo unue devas esti malaltigita. Ni povas malaltigi la surfacan tension per uzado de varma akvo. Ju pli alta la akvotemperaturo, des pli bone, ĉar ju pli alta la akvotemperaturo, des pli malalta la surfaca tensio (vidu tabelon). Ĉi tiu estas la unua alternativo kaj malofte estas uzata, krom por tiuj, kiuj ŝatas ludi kun varma akvo. Alia alternativo estas uzi sapon.
Je temperaturo de 20 ° C, la surfaca tensio de sapa akvo estas 25,00 mN/m. Provu kompari sapan akvon kaj varman akvon, kiu valoro estas la plej malgranda? Je 100 ° C, la surfaca tensio de varma akvo = 58,90. Je temperaturo de 20 ° C, la surfaca tensio de sapa akvo estas 25,00 mN/m. Estas pli profite uzi sapon... la akvo ankaŭ ne estas varma. Ekzistas ankoraŭ aliaj faktoroj, kiuj influas kiom bone niaj vestaĵoj aŭ korpoj povas esti purigitaj per sapo. Do tio, kio estas klarigita supre, estas nur unu el la influaj faktoroj.
Kial sap- aŭ akvaj vezikoj estas rondaj?
Sapvezikoj, aŭ akvogutoj, estas sferaj laŭ formo pro surfaca tensio. Ni unue diskutu sapvezikojn. Sapvezikoj havas du maldikajn membranojn sur sia surfaco, kun maldika tavolo de akvo inter ili.
Surfaca tensio kaŭzas, ke la membrano kuntiriĝas, tendencante redukti ĝian surfacareon. Kiam la sapa akva membrano kuntiriĝas kaj provas redukti sian surfacareon, diferenco en aerpremo ekestas inter la ekstero de la membrano (atmosfera premo) kaj la interno de la membrano. La aerpremo ekster la membrano (atmosfera premo) ankaŭ puŝas la sapan akvan membranon dum ĝi kuntiriĝas, ĉar la aerpremo ene de la membrano estas pli malalta.
Post kiam la membrano kuntiriĝas, la aero interne (la aero kaptita inter la du membranoj) ankaŭ kunpremiĝas, pliigante la aerpremon ene de la membrano ĝis la kuntiriĝo ĉesas. Alivorte, kiam la kuntiriĝo ĉesas, la aerpremo inter la membranoj egalas al atmosfera premo + la surfaca streĉa forto, kiu kuntiras la membranojn.
Do kio pri rosgutoj aŭ akvogutoj elirantaj el krano? Ili estas esence la samaj, ĉar la ĉefa kaŭzo estas surfaca tensio. Dum sapveziko havas du maldikajn membranojn sur siaj du surfacoj, akvoguto havas nur unu maldikan membranon, sur la ekstera flanko de la guto. La interno estas plena de akvo. La ekstera flanko de la guto estas tirata internen. Rezulte, la akvo kuntiriĝas, tendencante redukti sian surfacareon. La ekstera atmosfera premo ankaŭ helpas kunpremi la akvoguton. La kuntiriĝo ĉesas kiam la premo sur la interna flanko de la akvo egalas la atmosferan premon plus la forton, kiu kuntiras la akvan membranon.
