सतहको तनाव

के तपाईंले कहिल्यै साबुनको बुलबुला खेल्नुभएको छ? साबुनको बुलबुला गोलो। रमाइलो। उडाउन सकिन्छ। उडिसकेपछि, साबुनको बुलबुला फुट्छ। वाह, रमाइलो छ, बाल्यकालको खेल। साबुनको बुलबुला किन गोलो हुन्छ?

बिहान उठ्नुहोस्, अनि घर वरिपरिका पातहरू हेर्नुहोस्। पातहरूमा टाँसिएका शीतका थोपाहरू हेर्नुहोस्। यो अनौठो छ; शीतका थोपाहरू गोलाकार हुन्छन्। यस्तो कसरी हुन सक्छ?

तरल पदार्थको सतह कसिलो हुने भएकाले सतह तनाव हुन्छ जसले गर्दा सतह पातलो झिल्ली जस्तो देखिन्छ। यो पानीका अणुहरू बीचको समन्वय बलबाट प्रभावित हुन्छ। यो व्याख्यालाई राम्रोसँग बुझ्नको लागि, निम्न चित्रणलाई विचार गर्नुहोस्। हामी कन्टेनरमा तरल पदार्थको समीक्षा गर्छौं।

तरल पदार्थ भित्र, प्रत्येक तरल पदार्थ अणु प्रत्येक छेउमा अन्य अणुहरूले घेरिएको हुन्छ; तर तरल पदार्थको सतहमा, तल तरल पदार्थ मात्र हुन्छन्। माथि, अन्य कुनै तरल पदार्थ अणुहरू हुँदैनन्। तरल पदार्थको अणुले एकअर्कालाई आकर्षित गर्ने भएकोले, तरल पदार्थको भित्री भागमा रहेको अणुमा शून्यको कुल बल हुन्छ। यसको विपरीत, सतहमा अवस्थित तरल पदार्थहरू तल रहेको तरल पदार्थका कणहरूले तान्छन्। फलस्वरूप, तरल पदार्थको सतहमा, तलतिर निर्देशित कुल बल हुन्छ। तलतिरको शुद्ध बलको कारण, सतहमा अवस्थित तरल पदार्थले सकेसम्म कडा रूपमा संकुचन गरेर आफ्नो सतह क्षेत्रफल घटाउँछ।

यसले सतहमा रहेको तरल तहलाई पातलो लोचदार झिल्लीले ढाकिएको जस्तो देखिन्छ। यो घटनालाई सतह तनाव भनिन्छ।

[आईआरपी]

जब क्लिपलाई पानीको सतहमा सावधानीपूर्वक राखिन्छ, सतहमा अवस्थित पानीका अणुहरू क्लिपको गुरुत्वाकर्षणले थोरै थिचिन्छन्, जसले गर्दा तल अवस्थित पानीका अणुहरूले क्लिपलाई समर्थन गर्न पुनर्स्थापना बल माथि दिन्छन्।

वास्तवमा, यो केवल क्लिप वा पेपर क्लिप मात्र होइन, तर सुई जस्ता अन्य चीजहरू पनि हुन्। यदि हामीले पानीको सतह माथि सावधानीपूर्वक सुई राख्यौं भने, सुई तैरनेछ। तरल पदार्थको सतह तनाव पनि कीराहरू पानीमा तैरिन सक्ने कारण हो।

सतह तनावको समीकरण

अघिल्लो छलफलमा, हामीले सतह तनावको अवधारणालाई गुणात्मक रूपमा अध्ययन गरेका छौं (कुनै गणितीय समीकरण छैन)। अब हामी सतह तनावको मात्रात्मक रूपमा समीक्षा गर्छौं। सतह तनाव समीकरण निकाल्न मद्दत गर्न, हामी एउटा तार हेर्छौं जुन U अक्षर बनाउन बाङ्गिएको छ। अर्को सीधा तार U तारको दुई खुट्टामा जोडिएको छ, जहाँ सीधा तार सार्न सकिन्छ।

यदि यो तार साबुनमा घुसाइयो भने, यसलाई हटाएपछि तारको सतहमा साबुन पानीको तह बन्छ। यो तपाईंले साबुनका बुलबुले खेल्दा जस्तै हो। किनभने सीधा तार सार्न सकिन्छ र द्रव्यमान धेरै ठूलो हुँदैन, साबुन पानीको तहले सीधा तारमा सतह तनाव बल दिन्छ ताकि तार सीधा माथि जान्छ। सीधा तारलाई चल्नबाट रोक्नको लागि (तार सन्तुलनमा छ), कुल तलतिर बल आवश्यक पर्दछ, जहाँ कुल बलको मात्रा F = w + T हुन्छ। सन्तुलनमा, F = सीधा तारमा साबुनको तहले बोकेको सतह तनावको बल।

मानौं एउटा सिधा तारको लम्बाइ l छ। सिधा तारलाई छुने साबुन पानीको तहमा दुई सतहहरू भएको हुनाले, साबुन पानीको तहबाट उत्पन्न हुने सतह तनाव बल 2l मा काम गर्छ। साबुन तहमा रहेको सतह तनाव भनेको सतह तनाव बल (F) र बलले काम गर्ने सतह लम्बाइ (d) बीचको तुलना हो। यस अवस्थामा, सतहको लम्बाइ 2l छ। गणितीय रूपमा, लिखित:

सतह तनाव भनेको सतह तनाव बल र लम्बाइ बीचको अनुपात भएकोले, सतह तनाव एकाइ न्यूटन प्रति मिटर (N / m) वा डाइन प्रति सेन्टिमिटर (डाइन/सेमी) हो।

प्रयोगहरूको आधारमा प्राप्त केही सतह तनाव मानहरू निम्नानुसार छन्।

सतह तनाव डेटाको आधारमा, तापक्रमले तरल पदार्थको सतह तनावको मानलाई असर गर्छ। सामान्यतया जब तापक्रम बढ्छ, सतह तनावको मान घट्छ (प्रत्येक तापक्रममा पानीको सतह तनाव तुलना गर्नुहोस्। तालिका हेर्नुहोस्)। यो किनभने जब तापक्रम बढ्छ, तरल अणुहरू छिटो सर्छन् जसले गर्दा तरल पदार्थका अणुहरू बीचको अन्तरक्रियाको प्रभाव घट्छ। फलस्वरूप सतह तनावको मान पनि घट्यो।

दैनिक जीवनमा सतह तनाव अवधारणाहरूको प्रयोग

के तपाईंले कहिल्यै सोध्नुभएको छ, हामीले किन साबुनले लुगा धुनुपर्छ? समस्या यो हो कि हामीले धुने लुगाहरू साँच्चै सफा हुन्छन्; पानी कपडाको फाइबरमा धेरै साँघुरो खाडलबाट जानुपर्छ। यस कारणले गर्दा, पानीको सतह क्षेत्रफल बढाउन आवश्यक छ। ठीक छ, सतह तनावको कारणले यो गर्न धेरै गाह्रो छ। अनिवार्य रूपमा सतह तनाव मान पहिले कम गर्नुपर्छ। हामी तातो पानी प्रयोग गरेर सतह तनाव कम गर्न सक्छौं। पानीको तापक्रम जति उच्च हुन्छ, त्यति नै राम्रो हुन्छ किनभने, पानीको तापक्रम जति उच्च हुन्छ, सतह तनाव त्यति नै कम हुन्छ (तालिका हेर्नुहोस्)। यो पहिलो विकल्प हो र विरलै प्रयोग हुने विधि हो। अर्को विकल्प साबुन प्रयोग गर्नु हो।

^{२० डिग्री} सेल्सियसको तापक्रममा , साबुन पानीको सतहको तनाव मान २५.०० mN/m हुन्छ। साबुन र तातो पानी बीच तुलना गर्ने प्रयास गर्नुहोस्, सबैभन्दा सानो सतह तनाव मान कुन हो? १०० ^{डिग्री सेल्सियसमा, तातो पानीको सतह तनावको मान = ५८.९०। २० डिग्री} सेल्सियसको तापक्रममा , साबुनको सतह तनाव मान २५.०० mN/m हुन्छ। साबुन प्रयोग गर्नु बढी लाभदायक हुन्छ। माथि वर्णन गरिएको कुरा प्रभाव पार्ने कारकहरू मध्ये एक मात्र हो?

साबुन वा पानीको फोका किन गोलो हुन्छ?

साबुनका बुलबुले वा पानीका थोपाहरू गोलाकार हुन्छन् किनभने तिनीहरू सतह तनावबाट प्रभावित हुन्छन्। पहिले, हामी साबुनका बुलबुलेहरूको बारेमा छलफल गर्छौं। साबुनका बुलबुलेहरूको सतहमा दुई पातलो झिल्लीहरू हुन्छन् र तिनीहरूको बीचमा पानीको पातलो तहहरू हुन्छन्।

सतह तनावको उपस्थितिले झिल्ली संकुचित हुन्छ र यसको सतह क्षेत्रफल घटाउँछ। जब साबुन पानीको झिल्ली संकुचित हुन्छ र यसको सतह क्षेत्रफल कम गर्न प्रयास गर्छ, झिल्लीको बाहिरी भागमा रहेको हावाको चाप (वायुमण्डलीय चाप) र तहको भित्री भागमा रहेको हावाको चापमा भिन्नता हुन्छ। तह बाहिर रहेको हावाको चाप (वायुमण्डलीय चाप) ले पनि साबुन पानीको झिल्ली संकुचित हुँदा यसलाई धकेल्छ किनभने झिल्लीको भित्री भागमा रहेको हावाको चाप कम हुन्छ।

झिल्ली संकुचित भएपछि, भित्रको हावा (दुई झिल्ली बीच फसेको हावा) दबाइन्छ, जसले गर्दा तह भित्रको हावाको चाप बढ्छ जबसम्म कुनै संकुचन हुँदैन। अर्को शब्दमा, जब अब कुनै संकुचन हुँदैन, झिल्ली बीचको हावाको चापको मात्रा वायुमण्डलीय चाप + तहलाई चाउरी पार्ने सतह तनावको बल बराबर हुन्छ।

त्यसो भए धाराबाट निस्कने शीतका थोपा वा पानीका थोपाहरूको बारेमा के भन्न सकिन्छ? मुख्य कारण सतह तनाव हो किनभने यो पनि त्यस्तै हो। यदि साबुनको बुलबुलामा दुई सतहहरूमा दुई पातलो झिल्लीहरू हुन्छन् भने, पानीका थोपाहरूमा एउटा मात्र पातलो तह हुन्छ, जुन पानीका थोपाहरूको बाहिरी भागमा हुन्छ। भित्र पानीले भरिएको हुन्छ। समन्वय बलको कारणले गर्दा, सतह तनाव उत्पन्न हुन्छ। पानीको थोपाको बाहिरी भाग भित्र तानिन्छ। फलस्वरूप, पानी संकुचित हुन्छ र यसको सतह क्षेत्रफल घटाउने प्रवृत्ति हुन्छ। बाहिर रहेको वायुमण्डलीय चापले पनि पानीका थोपाहरूलाई दबाउँछ। पानीको भित्री भागमा रहेको दबाब वायुमण्डलीय चाप + पानीको झिल्लीलाई संकुचित गर्ने सतह तनावको बल बराबर हुँदा संकुचन रोकिनेछ।