Дали некогаш сте играле меурчиња од сапуница? Меурчиња од сапуница кружни. Смешно. Може да се дуваат. Откако ќе летаат, меурчињата од сапуница пукаат. Леле, забавно е, игра од детството. Зошто меурчињата од сапуница се тркалезни?
Те молам, разбуди се наутро, а потоа забележи ги лисјата околу куќата. Набљудувај ги капките роса закачени на лисјата. Чудно е; капките роса се тркалезни. Како е можно тоа?
Површинскиот напон се јавува затоа што површината на течноста има тенденција да се стега, така што површината изгледа како тенка мембрана. Ова е под влијание на силата на кохезија помеѓу молекулите на водата. За подобро да го разберете ова објаснување, разгледајте ја следната илустрација. Ја разгледуваме течноста во сад.
Внатре во течноста, секоја молекула на течност е опкружена со други молекули од секоја страна; но на површината на течноста, подолу има само молекули на течност. На врвот, нема други молекули на течност. Бидејќи молекулата на течноста се привлекува едни со други, постои вкупна сила еднаква на нула во молекулата што се наоѓа во внатрешноста на течноста. Спротивно на тоа, молекулите на течноста што се наоѓаат на површината се влечени од честичките на течноста што се наоѓаат на дното. Како резултат на тоа, на површината на течноста, постои вкупна сила што е насочена надолу. Поради нето силата надолу, течноста што се наоѓа на површината има тенденција да ја намали својата површина, со тоа што се собира што е можно посилно.
Ова предизвикува течниот слој на површината да изгледа како да е покриен со тенка еластична мембрана. Овој феномен е познат како површински напон.
[ирп]
Кога штипката внимателно се поставува на површината на водата, молекулите на водата што се наоѓаат на површината се малку притиснати од гравитацијата на штипката, така што молекулите на водата што се наоѓаат подолу ја даваат силата за реставрација за да ја поддржат штипката.
Всушност, не станува збор само за спојувалки или спојувалки за хартија, туку и за други работи како игли. Ако внимателно ја поставиме иглата над површината на водата, таа ќе лебди. Површинскиот напон на течноста е исто така причина зошто инсектите можат да лебдат на вода.
Равенката на површинскиот напон
Во претходната дискусија, го проучивме концептот на површинска напнатост квалитативно (нема математичка равенка). Сега ќе ја разгледаме површинската напнатост квантитативно. За да ни помогне да ја изведеме равенката за површинска напнатост, ќе разгледаме жица која е свиткана за да ја формира буквата U. Друга права жица е прикачена на двата ногарки од U-жицата, каде што правата жица може да се поместува.
Ако оваа жица се вметне во сапунот, тогаш откако ќе се отстрани ќе се формира слој од сапуница на површината на жицата. Тоа е како кога играте меурчиња од сапун. Бидејќи правата жица може да се поместува и масата не е преголема, слојот од сапуница ќе ја даде силата на површинскиот напон на правата жица, така што жицата ќе оди право нагоре. За да се спречи движењето на правата жица (жицата е во рамнотежа), потребна е вкупна сила надолу, каде што износот на вкупната сила е F = w + T. Во рамнотежа, F = силата на површинскиот напон што ја носи слојот од сапун на правата жица.
Да претпоставиме дека должината на права жица е l. Бидејќи слојот од сапуница што допира права жица има две површини, силата на површинскиот напон генерирана од слојот од сапуница делува по должината на должината 2l. Површинскиот напон во слојот од сапун е споредба помеѓу силата на површинскиот напон (F) и должината на површината на која дејствува силата (d). Во овој случај, должината на површината е 2l. Математички, запишано е:
Бидејќи површинскиот напон е односот помеѓу силата на површинскиот напон и должината, единицата за површински напон е Њутн на метар (N/m) или дина на сантиметар (дин/cm).
Следуваат некои вредности на површинскиот напон добиени врз основа на експерименти.
Врз основа на податоците за површинскиот напон, температурата влијае на вредноста на површинскиот напон на флуидот. Општо земено, кога има зголемување на температурата, вредноста на површинскиот напон се намалува (Споредете го површинскиот напон на водата на секоја температура. Видете ја табелата). Ова е затоа што кога температурата се зголемува, молекулите на течноста се движат побрзо, така што ефектот на интеракцијата помеѓу молекулите на течноста се намалува. Како резултат на тоа, вредноста на површинскиот напон исто така се намалува.
Примена на концептите за површински напон во секојдневниот живот
Дали некогаш сте се запрашале зошто треба да переме облека со сапун? Проблемот е што облеката што ја переме е навистина чиста; водата мора да помине низ многу тесен отвор во влакната на облеката. Поради оваа причина, потребно е да се зголеми површината на водата. Па, ова е многу тешко да се направи поради површинскиот напон. Неизбежно е прво да се намали вредноста на површинскиот напон. Можеме да го намалиме површинскиот напон со употреба на топла вода. Колку е повисока температурата на водата, толку е подобро, бидејќи колку е повисока температурата на водата, толку е помал површинскиот напон (видете ја табелата). Ова е првата алтернатива и е ретко користен метод. Друга опција е да се користи сапун.
На температура од 20 ° C, вредноста на затегнатоста на површината на сапуницата е 25.00 mN/m. Обидете се да споредите помеѓу сапунот и топлата вода, која е најмалата вредност на површинскиот напон? На 100 ° C, вредноста на површинскиот напон на топлата вода = 58.90. На температура од 20 ° C, вредноста на површинскиот напон на сапунот е 25.00 mN/m. Попрофитабилно е да се користи сапун. Она што е објаснето погоре е само еден од факторите што влијаат?
Зошто меурчето од сапун или вода е тркалезно?
Меурчињата од сапун или капките вода се тркалезни бидејќи се под влијание на површинскиот напон. Прво, ќе разговараме за меурчињата од сапун. Меурчињата од сапун имаат две тенки мембрани на површината, а меѓу нив се наоѓаат тенки слоеви вода.
Присуството на површински напон предизвикува мембраната да се контрахира и има тенденција да ја намали нејзината површина. Кога мембраната со сапуница се контрахира и се обидува да ја минимизира својата површина, постои разлика во воздушниот притисок на надворешната страна на мембраната (атмосферски притисок) и воздушниот притисок на внатрешната страна на слојот. Воздушниот притисок што е надвор од слојот (атмосферски притисок) исто така ја турка мембраната на сапуницата кога таа се контрахира бидејќи воздушниот притисок на внатрешната страна на мембраната е помал.
Откако мембраната ќе се собере, воздухот внатре (воздухот заробен помеѓу двете мембрани) се потиснува, зголемувајќи го воздушниот притисок во слојот сè додека нема контракција. Со други зборови, кога повеќе нема контракција, количината на воздушен притисок помеѓу мембраните е иста како атмосферскиот притисок + силата на површинскиот напон што го збрчкува слојот.
Што е тогаш со капките роса или капките вода што излегуваат од чешмата? Истото е затоа што примарната причина е површинскиот напон. Ако меурчињата од сапуница имаат две тенки мембрани на две површини, тогаш капките вода имаат само еден тенок слој, кој е на надворешната страна од капките вода. Внатрешноста е полна со вода. Поради силата на кохезија, се јавува површинска напнатост. Надворешниот дел од капката вода е повлечен навнатре. Како резултат на тоа, водата се собира и има тенденција да ја намали својата површина. Атмосферскиот притисок што е надвор, исто така, ги потиснува капките вода. Контракцијата ќе престане кога притисокот на внатрешноста на водата ќе биде еднаков на атмосферскиот притисок + силата на површинскиот напон што ја стеснува водената мембрана.
