Hawwe jo ea sjippebellen spile? Sjippebellen rûn. Grappich. Kin blaze wurde. Nei it fleanen barste sjippebellen. Wow, it is leuk, in spultsje foar bern. Wêrom is sjippebellen rûn?
Wês asjebleaft moarns wekker en let dan op 'e blêden om it hûs hinne. Let op 'e daudrippen dy't oan 'e blêden fêst sitte. It is frjemd; daudrippen binne rûn. Hoe kin dat sa wêze?
Oerflakspanning ûntstiet om't it oerflak fan 'e floeistof de neiging hat om strakker te wurden, sadat it oerflak derút sjocht as in tinne membraan. Dit wurdt beynfloede troch de kohesjekrêft tusken wettermolekulen. Om dizze útlis better te begripen, beskôgje de folgjende yllustraasje. Wy besjogge de floeistof yn in kontener.
Binnen yn 'e floeistof wurdt elk floeibere molekule oan elke kant omjûn troch oare molekulen; mar oan it oerflak fan 'e floeistof binne der allinnich floeibere molekulen derûnder. Oan 'e boppekant binne der gjin oare floeibere molekulen. Omdat de floeibere molekulen inoar oanlûke, is der in totale krêft fan nul yn it molekule dat yn 'e binnenkant fan' e floeistof sit. Yn tsjinstelling, wurde de floeibere molekulen dy't oan it oerflak lizze lutsen troch de floeistofdieltsjes dy't oan 'e ûnderkant lizze. As gefolch dêrfan is der op it oerflak fan 'e floeistof in totale krêft dy't nei ûnderen rjochte is. Fanwegen de netto krêft nei ûnderen hat de floeistof dy't oan it oerflak leit de neiging om syn oerflak te ferminderjen troch sa hurd mooglik te krimpen.
Dit feroarsaket dat de floeistoflaach op it oerflak liket as is it bedekt mei in tinne elastyske membraan. Dit ferskynsel is bekend as oerflakspanning.
[irp]
As de klip foarsichtich op it oerflak fan it wetter pleatst wurdt, wurde de wettermolekulen dy't op it oerflak lizze licht oandrukt troch de swiertekrêft fan 'e klip, sadat de wettermolekulen dy't derûnder lizze de herstelkrêft omheech jouwe om de klip te stypjen.
Yn werklikheid binne it net allinich klips of papierklips, mar ek oare dingen lykas needles. As wy de needle foarsichtich boppe it oerflak fan it wetter pleatse, sil de needle driuwe. De oerflakspanning fan 'e floeistof is ek de reden wêrom't ynsekten op wetter driuwe kinne.
De fergeliking fan oerflakspanning
Yn 'e foarige diskusje hawwe wy it konsept fan oerflakspanning kwalitatyf bestudearre (d'r is gjin wiskundige fergeliking). No besjogge wy de oerflakspanning kwantitatyf. Om ús te helpen de oerflakspanningsfergeliking ôf te lieden, sjogge wy nei in tried dy't bûgd is om de letter U te foarmjen. In oare rjochte tried is oan 'e twa skonken fan 'e U-tried fêstmakke, wêr't de rjochte tried ferpleatst wurde kin.
As dizze tried yn 'e sjippe ynfoege wurdt, sil er nei it fuortheljen in laach sjippewetter op it oerflak fan 'e tried foarmje. It is as wannear't jo sjippebellen spielje. Omdat de rjochte tried beweecht wurde kin en de massa net te grut is, sil de laach sjippewetter de oerflakspanningskrêft op 'e rjochte tried jaan, sadat de tried rjocht omheech giet. Om te foarkommen dat de rjochte tried beweecht (de tried is yn lykwicht), is in totale nei ûnderen gongende krêft nedich, wêrby't de hoemannichte fan 'e totale krêft F = w + T is. Yn lykwicht is F = de krêft fan 'e oerflakspanning dy't droegen wurdt troch de laach sjippe op 'e rjochte tried.
Stel dat de lingte fan in rjochte tried l is. Omdat de laach sjippewetter dy't in rjochte tried oanrekket twa oerflakken hat, wurket de oerflakspanningskrêft dy't generearre wurdt troch de laach sjippewetter lâns 2l. De oerflakspanning yn 'e sjippelaach is in ferliking tusken de oerflakspanningskrêft (F) en de oerflaklengte wêrby't de krêft wurket (d). Yn dit gefal is de oerflaklengte 2l. Wiskundich skreaun:
Omdat oerflakspanning de ferhâlding is tusken de oerflakspanningskrêft en de lingte, is de ienheid fan oerflakspanning Newton per meter (N / m) of dyne per sintimeter (dynes/cm).
Hjirûnder binne guon oerflakspanningswearden dy't krigen binne op basis fan eksperiminten.
Op basis fan 'e gegevens oer oerflakspanning beynfloedet de temperatuer de wearde fan 'e oerflakspanning fan 'e floeistof. Yn 't algemien nimt de wearde fan 'e oerflakspanning ôf as de temperatuer tanimt (Fergelykje de oerflakspanning fan wetter by elke temperatuer. Sjoch tabel). Dit komt om't as de temperatuer tanimt, de floeistofmolekulen rapper bewege, sadat it effekt fan ynteraksje tusken de floeistofmolekulen ôfnimt. As gefolch dêrfan nimt de wearde fan 'e oerflakspanning ek ôf.
Tapassing fan oerflakspanningskonsepten yn it deistich libben
Hawwe jo jo ea ôffrege, wêrom moatte wy klean mei sjippe waskje? It probleem is dat de klean dy't wy waskje echt skjin binne; it wetter moat troch in tige smelle gat yn 'e kleanvezels gean. Dêrom is it needsaaklik om it wetteroerflak te fergrutsjen. No, dit is tige lestich te dwaan fanwegen de oerflakspanning. Unûntkomber moat de oerflakspanning earst ferlege wurde. Wy kinne de oerflakspanning ferminderje troch hyt wetter te brûken. Hoe heger de wettertemperatuer, hoe better, want hoe heger de wettertemperatuer, hoe lytser de oerflakspanning (sjoch tabel). Dit is it earste alternatyf en is in selden brûkte metoade. In oare opsje is om sjippe te brûken.
By in temperatuer fan 20 o C is de spanningswearde fan it oerflak fan it sjippewetter 25.00 mN/m. Besykje sjippe en hyt wetter te fergelykjen, wat is de leechste oerflakspanningswearde? By 100 o C is de wearde fan 'e oerflakspanning fan hyt wetter = 58.90. By in temperatuer fan 20 o C is de oerflakspanningswearde fan sjippe 25.00 mN/m. It is rendabeler om sjippe te brûken. Wat hjirboppe útlein is, is mar ien fan 'e ynfloedrike faktoaren?
Wêrom is de sjippe- of wetterbel rûn?
Sjippebellen of wetterdrippen binne rûn om't se beynfloede wurde troch oerflakspanning. Earst besprekke wy sjippebellen. Sjippebellen hawwe twa tinne membranen oan it oerflak en tusken har binne tinne lagen wetter.
De oanwêzigens fan oerflakspanning feroarsaket dat it membraan gearlûkt en hat de neiging om it oerflak te ferminderjen. As it sjippewettermembraan gearlûkt en besiket syn oerflak te minimalisearjen, is der in ferskil yn 'e loftdruk oan 'e bûtenkant fan it membraan (atmosfearyske druk) en de loftdruk oan 'e binnenkant fan 'e laach. De loftdruk dy't bûten de laach is (atmosfearyske druk) drukt ek it membraan fan it sjippewetter as it gearlûkt, om't de loftdruk oan 'e binnenkant fan it membraan lytser is.
Nei't it membraan gearlûkt is, wurdt de loft binnenyn (loft dy't fêst sit tusken de twa membranen) ûnderdrukt, wêrtroch't de loftdruk yn 'e laach tanimt oant der gjin krimp mear is. Mei oare wurden, as der gjin krimp mear is, is de hoemannichte loftdruk tusken de membranen itselde as de atmosfearyske druk + de krêft fan 'e oerflakspanning dy't de laach kreukt.
Hoe sit it dan mei daudrippen of wetterdrippen dy't út 'e kraan komme? Itselde, om't de primêre oarsaak oerflakspanning is. As sjippebellen twa tinne membranen op twa oerflakken hawwe, dan hawwe de wetterdrippen mar ien tinne laach, dy't oan 'e bûtenkant fan 'e wetterdrippen sit. De binnenkant sit fol wetter. Troch de kohesjekrêft ûntstiet oerflakspanning. It bûtenste diel fan 'e wetterdrip wurdt nei binnen lutsen. As gefolch krimpt wetter en hat it de neiging om syn oerflak te ferminderjen. De atmosfearyske druk dy't bûten is, ûnderdrukt ek wetterdrippen. De krimp sil stopje as de druk oan 'e binnenkant fan it wetter gelyk is oan 'e atmosfearyske druk + de krêft fan 'e oerflakspanning dy't it wettermembraan fernauwt.
