Gainazaleko tentsioa ulertzea
Gainazaleko tentsioa likido baten gainazalak gogortu egiten delako gertatzen da, mintz mehe baten itxura sortuz. Ur molekulen arteko kohesio-indarrek eragiten dute horretan. Azalpen hau hobeto ulertzeko, kontuan hartu hurrengo ilustrazioa. Demagun ontzi batean dagoen likido bat.
Likido molekulek normalean elkar erakartzen dute. Likido baten barruan, molekula likido bakoitza beste molekula batzuek inguratzen dute alde bakoitzean; baina likidoaren gainazalean, alboetan eta behean molekula likido baino ez daude. Ez dago beste molekula likidorik goian. Likido molekulek elkar erakartzen dutenez, zero indar garbia dago likidoaren barnealdeko molekulen gainean. Alderantziz, gainazaleko molekula likidoak alboetan eta behean dauden molekulek erakartzen dituzte. Ondorioz, likidoaren gainazalean beherantz zuzendutako indar garbia dago. Beheranzko indar garbi horren ondorioz, gainazaleko likidoak bere azalera murrizteko joera du, ahalik eta gehien txikituz.
Horrek gainazaleko likido geruza mintz elastiko mehe batez estalita dagoela ematen du.
Klipa uraren gainazalean arretaz jartzen denean, gainazalean dauden ur molekulak neurri batean sakatzen dira grabitatea klipari, behean dauden ur molekulek goranzko indar berreskuratzailea eman dezaten klipari eusteko (gogoratu berriro Elastikotasuna eta Hooke-ren legea).
Egia esan, klipak ez dira erabil ditzakezun gauza bakarrak; beste objektu batzuk ere izan daitezke, hala nola orratzak. Orratz bat kontu handiz jartzen baduzu uraren gainazalean, flotatuko du. Horregatik ere flotatzen dute intsektuek uretan.
Gainazaleko tentsioaren ekuazioa
Gainazaleko tentsioaren ekuazioa lortzen laguntzeko, U letraren forman tolestutako hari bat hartuko dugu kontuan. Beste hari zuzen bat U hariaren bi hanketan lotuta dago, eta bertatik hari zuzena mugitu daiteke.
Hari hau xaboi-disoluzio batean sartzen bada, kendu ondoren, xaboi-ur geruza bat sortuko da hariaren gainazalean. Xaboi-burbuilekin jolasten duzunean gertatzen den antzekoa. Hari zuzena mugitu daitekeenez eta bere masa ez denez handiegia, xaboi-ur geruzak gainazaleko tentsio-indar bat eragingo dio hari zuzenari, hari zuzena gorantz mugi dadin (kontuan izan geziaren norabidea). Hari zuzena mugitzea eragozteko (harria orekan dago), beherantz zuzendutako indar oso bat behar da, non indar osoaren magnitudea F = w + T den. Orekan, F = xaboi-ur geruzak hari zuzenari eragiten dion indarra.
Demagun hari zuzen baten luzera l dela. Hari zuzena ukitzen duen xaboi-ur geruzak bi gainazal dituenez, xaboi-ur geruzak sortutako indarrak 2l-ko luzeran zehar eragiten du. Xaboi geruzaren gainazaleko tentsioa indarraren (F) eta indarrak eragiten duen gainazalaren luzeraren (d) arteko erlazioa da. Kasu honetan, gainazalaren luzera 2l da. Matematikoki, honela idazten da:
Gainazaleko tentsioa indarraren eta luzera-unitatearen arteko erlazioa denez, unitateak Newton metroko (N/m) edo dina zentimetroko (dyn/cm) dira.
Jarraian, esperimentuetan oinarrituta lortutako gainazaleko tentsioaren balio batzuk daude.
Goiko datuetan oinarrituta, badirudi tenperaturak fluido baten gainazaleko tentsioan eragina duela. Oro har, tenperatura igotzen den heinean, balioa gutxitzen da. Hau horrela da, tenperatura igotzen den heinean, likido molekulak azkarrago mugitzen direlako, likido molekulen arteko elkarrekintza murriztuz. Ondorioz, gainazaleko tentsioaren balioa ere gutxitzen da.
Aplikazioa eguneroko bizitzan.
Inoiz galdetu al diozu zeure buruari zergatik garbitzen ditugun arropak xaboiarekin? Arazoa da, arropa benetan garbiak lortzeko, ura zuntzen arteko tarte oso estuetatik igaro behar dela. Horretarako, uraren azalera handitu behar da. Oso zaila da hori lortzea gainazaleko tentsioagatik. Nahi edo ez, lehenik uraren gainazaleko tentsioa jaitsi behar da. Gainazaleko tentsioa jaitsi dezakegu ur beroa erabiliz. Zenbat eta handiagoa izan uraren tenperatura, orduan eta hobeto, zenbat eta handiagoa izan uraren tenperatura, orduan eta txikiagoa izango baita gainazaleko tentsioa (ikus taula). Hau da lehenengo alternatiba eta gutxitan erabiltzen da, ur beroarekin jolastea gustuko dutenentzat izan ezik. Beste alternatiba bat xaboia erabiltzea da.
20 graduko tenperaturan. oC-tan, xaboi-uraren gainazaleko tentsioaren balioa 25,00 mN/m da. Saiatu xaboi-ura eta ur beroa alderatzen, zeinek du balio txikiena? 100-tan oC, ur beroaren gainazaleko tentsioaren balioa = 58,90. 20 °C-ko tenperaturan oC-tan, xaboi-uraren gainazaleko tentsioa 25,00 mN/m da. Xaboia erabiltzea abantailagarriagoa da... ura ere ez dago bero. Badira beste faktore batzuk gure arropak edo gorputzak xaboiarekin zenbateraino garbi daitezkeen eragiten dutenak. Beraz, goikoa faktore bat besterik ez da.
Zergatik dira xaboi edo ur burbuilak biribilak?
Xaboi burbuilak, edo ur tantak, forma esferikoa dute gainazaleko tentsioagatik. Lehenik eta behin, xaboi burbuilak aztertuko ditugu. Xaboi burbuilak bi mintz mehe dituzte gainazalean, eta bien artean ur geruza mehe bat.
Gainazaleko tentsioak mintza uzkurtzea eragiten du, bere azalera murrizteko joerarekin. Xaboi-ur mintza uzkurtu eta bere azalera murrizten saiatzen denean, aire-presioaren aldea sortzen da mintzaren kanpoaldearen (presio atmosferikoa) eta mintzaren barnealdearen artean. Mintzaren kanpoko aire-presioak (presio atmosferikoa) ere bultzatzen du xaboi-ur mintza uzkurtzen den heinean, mintzaren barruko aire-presioa txikiagoa baita.
Mintza uzkurtu ondoren, barruko airea (bi mintzen artean harrapatuta dagoen airea) ere konprimitu egiten da, mintz barruko aire-presioa handituz uzkurdura gelditu arte. Beste era batera esanda, uzkurdura gelditzen denean, mintzen arteko aire-presioa presio atmosferikoaren + mintzak uzkurtzen dituen gainazal-tentsioaren indarraren berdina da.
Zer gertatzen da, bada, txorrotatik ateratzen diren ihintz tantekin edo ur tantekin? Funtsean berdinak dira, kausa nagusia gainazaleko tentsioa baita. Xaboi burbuila batek bi mintz mehe dituen bitartean bere bi gainazaletan, ur tanta batek mintz mehe bakarra du, tantaren kanpoaldean. Barrualdea urez beteta dago. Tantaren kanpoaldea barrurantz erakartzen da. Ondorioz, ura uzkurtu egiten da, bere azalera murrizteko joera izanik. Kanpoko presio atmosferikoak ere ur tanta konprimitzen laguntzen du. Uzkurdura gelditzen da uraren barnealdeko presioa presio atmosferikoaren gehi ur mintza uzkurtzen duen indarraren berdina denean.
