Разбирање на површинскиот напон
Површинскиот напон се јавува затоа што површината на течноста има тенденција да се стврднува, создавајќи тенок мембрански изглед. Ова е под влијание на кохезивните сили помеѓу молекулите на водата. За подобро да го разберете ова објаснување, разгледајте ја следнава илустрација. Да разгледаме течност во сад.
Молекулите на течноста обично се привлекуваат едни со други. Внатре во течноста, секоја молекула на течност е опкружена со други молекули од двете страни; но на површината на течноста има само молекули на течноста од страните и подолу. Нема други молекули на течноста одозгора. Бидејќи молекулите на течноста се привлекуваат едни со други, постои нето сила еднаква на нула врз молекулите во внатрешноста на течноста. Обратно, молекулите на течноста на површината се привлекуваат од молекулите на течноста од страните и подолу. Како резултат на тоа, постои нето сила на површината на течноста која е насочена надолу. Поради оваа нето сила надолу, течноста на површината има тенденција да ја намали својата површина, собирајќи се колку што е можно повеќе.
Ова предизвикува слојот течност на површината да изгледа како да е покриен со тенка еластична мембрана.
Кога штипката внимателно се поставува на површината на водата, молекулите на водата лоцирани на површината се малку притиснати од гравитацијата на штипката, така што молекулите на водата лоцирани подолу вршат нагорна сила за враќање на силата за да ја поддржат штипката (потсетете се на еластичноста и Хуковиот закон ).
Всушност, спојувалките за хартија не се единственото нешто што можете да го користите; тие можат да бидат и други предмети како игли. Ако внимателно поставите игла на површината на водата, таа ќе плови. Ова е исто така причината зошто инсектите можат да пловат по водата.
Равенка на површинскиот напон
За да ни помогне да ја изведеме равенката за површинска напнатост, разгледуваме жица што е свиткана во форма на U. Друга права жица е прикачена на двата ногарки од U-жицата, каде што правата жица може да се поместува.
Ако оваа жица се стави во раствор од сапун, откако ќе се отстрани, на површината на жицата ќе се формира слој од сапуница. Слично како кога играте меурчиња од сапун. Бидејќи правата жица може да се движи и нејзината маса не е преголема, слојот од сапуница ќе обезбеди сила на површинска напнатост на правата жица, така што правата жица ќе се движи нагоре (забележете ја насоката на стрелката). За да се спречи движењето на правата жица (жицата е во рамнотежа), потребна е вкупна сила што е насочена надолу, каде што големината на вкупната сила е F = w + T. Во рамнотежа, F = силата што ја врши слојот од сапуница врз правата жица.
Да претпоставиме дека должината на права жица е l. Бидејќи слојот сапуница што ја допира правата жица има две површини, силата генерирана од слојот сапуница дејствува по должина од 2l. Површинскиот напон на слојот сапун е односот помеѓу Силата (F) и должината на површината на која дејствува силата (d). Во овој случај, должината на површината е 2l. Математички, тоа е напишано:
Бидејќи површинскиот напон е однос на силата кон единицата должина, единиците се Њутн на метар (N/m) или дина на сантиметар (din/cm).
Следниве се некои вредности на површинскиот напон добиени врз основа на експерименти.
Врз основа на горенаведените податоци, се чини дека температурата влијае на површинскиот напон на течноста. Општо земено, како што температурата се зголемува, вредноста се намалува. Ова е затоа што како што температурата се зголемува, молекулите на течноста се движат побрзо, намалувајќи ја интеракцијата меѓу молекулите на течноста. Следствено, вредноста на површинскиот напон исто така се намалува.
Примена во секојдневниот живот
Дали некогаш сте се запрашале зошто переме облека со сапун? Проблемот е што, за да добиеме навистина чиста облека, водата мора да помине низ многу тесни празнини во влакната. Ова бара зголемување на површината на водата. Ова е многу тешко да се постигне поради површинскиот напон. Сакале или не, површинскиот напон на водата прво мора да се намали. 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 ретко се користи, освен за оние кои сакаат да си играат со топла вода. Друга алтернатива е употребата на сапун.
На температура од 20 ° C, вредноста на површинскиот напон на сапуницата е 25,00 mN/m. Обидете се да ја споредите сапуницата и топлата вода, која вредност е најмала? На 100 ° C, вредноста на површинскиот напон на топлата вода = 58,90. На температура од 20 ° C, вредноста на површинскиот напон на сапуницата е 25,00 mN/m. Попрофитабилно е да се користи сапун… водата исто така не е топла. Постојат и други фактори кои влијаат на тоа колку добро нашата облека или тела можат да се чистат со сапун. Значи, она што е објаснето погоре е само еден од факторите што влијаат.
Зошто меурчињата од сапун или вода се тркалезни?
Сапунските меурчиња, или капките вода, имаат сферична форма поради површинскиот напон. Прво да разговараме за сапунските меурчиња. Сапунските меурчиња имаат две тенки мембрани на нивната површина, со тенок слој вода меѓу нив.
Површинскиот напон предизвикува мембраната да се контрахира, со тенденција да ја намали нејзината површина. Кога мембраната со сапуница се контрахира и се обидува да ја намали својата површина, се јавува разлика во воздушниот притисок помеѓу надворешната страна на мембраната (атмосферски притисок) и внатрешната страна на мембраната. Воздушниот притисок надвор од мембраната (атмосферски притисок) исто така ја турка мембраната со сапуница додека таа се контрахира, бидејќи воздушниот притисок во мембраната е помал.
Откако мембраната ќе се контрахира, воздухот внатре (воздухот заробен помеѓу двете мембрани) исто така е компресиран, зголемувајќи го воздушниот притисок во мембраната сè додека контракцијата не престане. Со други зборови, кога контракцијата ќе престане, воздушниот притисок помеѓу мембраните е еднаков на атмосферскиот притисок + силата на површинскиот напон што ги контрахира мембраните.
Па што е со капките роса или капките вода што излегуваат од чешма? Тие се во суштина исти, бидејќи примарната причина е површинскиот напон. Додека меурот од сапуница има две тенки мембрани на своите две површини, капката вода има само една тенка мембрана, на надворешната страна од капката. Внатрешноста е исполнета со вода. Надворешноста на капката е влечена навнатре. Како резултат на тоа, водата се собира, со тенденција да ја намали нејзината површина. Надворешниот атмосферски притисок, исто така, помага да се компресира капката вода. Контракцијата престанува кога притисокот во внатрешноста на водата е еднаков на атмосферскиот притисок плус силата што ја собира водената мембрана.
