A keni luajtur ndonjëherë flluska sapuni? Flluska sapuni të rrumbullakëta. Qesharake. Mund të fryhet. Pasi fluturojnë, flluskat e sapunit shpërthejnë. Uau, është argëtuese, një lojë fëmijërie. Pse flluska sapuni është e rrumbullakët?
Të lutem zgjohu në mëngjes dhe pastaj vëre gjethet përreth shtëpisë. Vëre pikat e vesës të ngjitura në gjethe. Është e çuditshme; pikat e vesës janë të rrumbullakëta. Si mund të jetë kështu?
Tensioni sipërfaqësor ndodh sepse sipërfaqja e lëngut tenton të shtrëngohet në mënyrë që sipërfaqja të duket si një membranë e hollë. Kjo ndikohet nga forca e kohezionit midis molekulave të ujit. Për ta kuptuar më mirë këtë shpjegim, merrni parasysh ilustrimin e mëposhtëm. Ne shqyrtojmë lëngun në një enë.
Brenda lëngut, çdo molekulë lëngu është e rrethuar nga molekula të tjera në secilën anë; por në sipërfaqen e lëngut, ka vetëm molekula të lëngshme poshtë. Në krye, nuk ka molekula të tjera të lëngut. Meqenëse molekula e lëngut tërheq njëra-tjetrën, ekziston një forcë totale zero në molekulën që ndodhet në brendësi të lëngut. Në të kundërt, molekulat e lëngut të vendosura në sipërfaqe tërhiqen nga grimcat e lëngut që ndodhen në fund. Si rezultat, në sipërfaqen e lëngut, ekziston një forcë totale që drejtohet poshtë. Për shkak të forcës neto poshtë, lëngu i vendosur në sipërfaqe tenton të zvogëlojë sipërfaqen e tij, duke u tkurrur sa më fort të jetë e mundur.
Kjo bën që shtresa e lëngshme në sipërfaqe të duket sikur është e mbuluar nga një membranë e hollë elastike. Ky fenomen njihet si Tension Sipërfaqësor.
Kur kapësja vendoset me kujdes në sipërfaqen e ujit, molekulat e ujit të vendosura në sipërfaqe shtypen pak nga graviteti i kapëses, në mënyrë që molekulat e ujit të vendosura poshtë të japin forcën e restaurimit lart për të mbështetur kapësen.
Në realitet, nuk janë vetëm kapëse letre ose kapëse letre, por edhe gjëra të tjera si gjilpërat. Nëse e vendosim me kujdes gjilpërën mbi sipërfaqen e ujit, ajo do të notojë. Tensioni sipërfaqësor i lëngut është gjithashtu arsyeja pse insektet mund të notojnë mbi ujë.
Ekuacioni i tensionit sipërfaqësor
Në diskutimin e mëparshëm, ne e kemi studiuar konceptin e tensionit sipërfaqësor në mënyrë cilësore (nuk ka ekuacion matematik). Tani do ta shqyrtojmë tensionin sipërfaqësor në mënyrë sasiore. Për të na ndihmuar të nxjerrim ekuacionin e tensionit sipërfaqësor, ne shqyrtojmë një tel që është i përkulur për të formuar shkronjën U. Një tel tjetër i drejtë është i bashkangjitur në dy këmbët e telit U, ku teli i drejtë mund të lëvizet.
Nëse ky tel futet në sapun, atëherë pasi ta hiqni do të formohet një shtresë uji me sapun në sipërfaqen e telit. Është si kur luani flluska sapuni. Meqenëse teli i drejtë mund të lëvizet dhe masa nuk është shumë e madhe, shtresa e ujit me sapun do të japë forcën e tensionit sipërfaqësor në telin e drejtë në mënyrë që teli të shkojë drejt lart. Për të mbajtur telin e drejtë nga lëvizja (teli është në ekuilibër), nevojitet një forcë totale poshtë, ku sasia e forcës totale është F = w + T. Në ekuilibër, F = forca e tensionit sipërfaqësor të mbajtur nga shtresa e sapunit në telin e drejtë.
Supozojmë se gjatësia e një teli të drejtë është l. Meqenëse shtresa e ujit me sapun që prek një tel të drejtë ka dy sipërfaqe, forca e tensionit sipërfaqësor e gjeneruar nga shtresa e ujit me sapun vepron përgjatë 2l. Tensioni sipërfaqësor në shtresën e sapunit është një krahasim midis Forcës së Tensionit Sipërfaqësor (F) dhe gjatësisë së sipërfaqes në të cilën vepron forca (d). Në këtë rast, gjatësia e sipërfaqes është 2l. Matematikisht, e shkruar:
Meqenëse tensioni sipërfaqësor është raporti midis forcës së tensionit sipërfaqësor dhe gjatësisë, njësia e tensionit sipërfaqësor është Njutoni për metër (N/m) ose din për centimetër (din/cm).
Më poshtë janë disa vlera të Tensionit Sipërfaqësor të marra bazuar në eksperimente.
Bazuar në të dhënat e Tensionit Sipërfaqësor, temperatura ndikon në vlerën e tensionit sipërfaqësor të lëngut. Në përgjithësi, kur ka një rritje të temperaturës, vlera e tensionit sipërfaqësor zvogëlohet (Krahasoni tensionin sipërfaqësor të ujit në secilën temperaturë. Shihni tabelën). Kjo ndodh sepse kur temperatura rritet, molekulat e lëngut lëvizin më shpejt në mënyrë që efekti i bashkëveprimit midis molekulave të lëngut të zvogëlohet. Si rezultat, vlera e tensionit sipërfaqësor gjithashtu ulet.
Zbatimi i koncepteve të tensionit sipërfaqësor në jetën e përditshme
A keni pyetur ndonjëherë, pse duhet t’i lajmë rrobat me sapun? Problemi është se rrobat që lajmë janë vërtet të pastra; uji duhet të kalojë nëpër një hapësirë shumë të ngushtë në fibrat e rrobave. Për këtë arsye, është e nevojshme të rritet sipërfaqja e ujit. Epo, kjo është shumë e vështirë për t’u bërë për shkak të tensionit sipërfaqësor. Në mënyrë të pashmangshme vlera e tensionit sipërfaqësor duhet të ulet së pari. Mund ta zvogëlojmë tensionin sipërfaqësor duke përdorur ujë të nxehtë. Sa më e lartë të jetë temperatura e ujit, aq më mirë sepse, sa më e lartë të jetë temperatura e ujit, aq më i vogël është tensioni sipërfaqësor (shih tabelën). Kjo është alternativa e parë dhe është një metodë që përdoret rrallë. Një tjetër mundësi është përdorimi i sapunit.
Në një temperaturë prej 20 ° C, vlera e tensionit të sipërfaqes së ujit me sapun është 25.00 mN/m. Mundohuni të krahasoni midis sapunit dhe ujit të nxehtë, cila është vlera më e vogël e tensionit sipërfaqësor? Në 100 ° C, vlera e tensionit sipërfaqësor të ujit të nxehtë = 58.90. Në një temperaturë prej 20 ° C, vlera e tensionit sipërfaqësor të sapunit është 25.00 mN/m. Është më fitimprurëse të përdoret sapuni. Ajo që u shpjegua më sipër është vetëm një nga faktorët ndikues?
Pse flluska e sapunit ose e ujit është e rrumbullakët?
Flluskat e sapunit ose pikat e ujit janë të rrumbullakëta sepse ndikohen nga tensioni sipërfaqësor. Së pari, diskutojmë flluskat e sapunit. Flluskat e sapunit kanë dy membrana të holla në sipërfaqe dhe midis tyre ka shtresa të holla uji.
Prania e tensionit sipërfaqësor shkakton tkurrjen e membranës dhe tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Kur membrana e ujit me sapun tkurret dhe përpiqet të minimizojë sipërfaqen e saj, ekziston një ndryshim në presionin e ajrit në pjesën e jashtme të membranës (presioni atmosferik) dhe presionin e ajrit në pjesën e brendshme të shtresës. Presioni i ajrit që është jashtë shtresës (presioni atmosferik) gjithashtu shtyn membranën e ujit me sapun kur ajo tkurret sepse presioni i ajrit në pjesën e brendshme të membranës është më i vogël.
Pasi membrana të jetë tkurrur, ajri brenda (ajri i bllokuar midis dy membranave) shtypet, duke rritur presionin e ajrit brenda shtresës derisa të mos ketë më tkurrje. Me fjalë të tjera, kur nuk ka më tkurrje, sasia e presionit të ajrit midis membranave është e njëjtë me presionin atmosferik + forcën e tensionit sipërfaqësor që e rrudhos shtresën.
Po pikat e vesës ose pikat e ujit që dalin nga rubineti? E njëjta gjë ndodh sepse shkaku kryesor është tensioni sipërfaqësor. Nëse flluskat e sapunit kanë dy membrana të holla në dy sipërfaqe, atëherë pikat e ujit kanë vetëm një shtresë të hollë, e cila është në pjesën e jashtme të pikave të ujit. Pjesa e brendshme është plot me ujë. Për shkak të forcës së kohezionit, lind tensioni sipërfaqësor. Pjesa e jashtme e pikës së ujit tërhiqet brenda. Si rezultat, uji tkurret dhe tenton të zvogëlojë sipërfaqen e tij. Presioni atmosferik që është jashtë gjithashtu i shtyp pikat e ujit. Tkurrja do të ndalet kur presioni në pjesën e brendshme të ujit është i barabartë me presionin atmosferik + forcën e tensionit sipërfaqësor që ngushton membranën e ujit.
