Kuptimi i tensionit sipërfaqësor
Tensioni sipërfaqësor ndodh sepse sipërfaqja e një lëngu tenton të ngurtësohet, duke krijuar një pamje të hollë si membranë. Kjo ndikohet nga forcat kohezive midis molekulave të ujit. Për ta kuptuar më mirë këtë shpjegim, merrni parasysh ilustrimin e mëposhtëm. Le të shqyrtojmë një lëng në një enë.
Molekulat e lëngut zakonisht tërheqin njëra-tjetrën. Brenda një lëngu, çdo molekulë lëngu është e rrethuar nga molekula të tjera në secilën anë; por në sipërfaqen e lëngut, ka vetëm molekula të lëngshme në anët dhe poshtë. Nuk ka molekula të tjera të lëngshme sipër. Meqenëse molekulat e lëngut tërheqin njëra-tjetrën, ekziston një forcë neto zero mbi molekulat në brendësi të lëngut. Anasjelltas, molekulat e lëngut në sipërfaqe tërhiqen nga molekulat e lëngut në anët dhe poshtë. Si rezultat, ekziston një forcë neto në sipërfaqen e lëngut që drejtohet poshtë. Për shkak të kësaj force neto poshtë, lëngu në sipërfaqe tenton të zvogëlojë sipërfaqen e tij, duke u tkurrur sa më shumë që të jetë e mundur.
Kjo bën që shtresa e lëngut në sipërfaqe të duket sikur është e mbuluar nga një membranë e hollë elastike.
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 ushtrojnë një forcë rivendosëse lart për të mbështetur kapësen (kujtoni elasticitetin dhe ligjin e Hukut ).
Në realitet, kapëset e letrës nuk janë e vetmja gjë që mund të përdorni; ato mund të jenë edhe objekte të tjera si gjilpërat. Nëse e vendosni me kujdes një gjilpërë në sipërfaqen e ujit, ajo do të notojë. Kjo është edhe arsyeja pse insektet mund të notojnë mbi ujë.
Ekuacioni i tensionit sipërfaqësor
Për të na ndihmuar të nxjerrim ekuacionin e tensionit sipërfaqësor, shqyrtojmë një tel që është i përkulur në formë U-je. Një tel tjetër i drejtë është i bashkangjitur në dy këmbët e telit U, ku teli i drejtë mund të lëvizet.
Nëse ky tel vendoset në një tretësirë sapuni, atëherë pasi të hiqet, një shtresë uji me sapun do të formohet në sipërfaqen e telit. Ngjashëm me kur luani flluska sapuni. Meqenëse teli i drejtë mund të lëvizet dhe masa e tij nuk është shumë e madhe, shtresa e ujit me sapun do të krijojë një forcë tensioni sipërfaqësor në telin e drejtë në mënyrë që teli i drejtë të lëvizë lart (vini re drejtimin e shigjetës). Për të penguar lëvizjen e telit të drejtë (teli është në ekuilibër), nevojitet një forcë totale që drejtohet poshtë, ku madhësia e forcës totale është F = w + T. Në ekuilibër, F = forca e ushtruar nga shtresa e ujit me sapun në telin e drejtë.
Supozojmë se gjatësia e një teli të drejtë është l. Meqenëse shtresa e ujit me sapun që prek telin e drejtë ka dy sipërfaqe, forca e gjeneruar nga shtresa e ujit me sapun vepron përgjatë një gjatësie prej 2l. Tensioni sipërfaqësor në shtresën e sapunit është raporti midis Forcës (F) dhe gjatësisë së sipërfaqes mbi të cilën vepron forca (d). Për këtë rast, gjatësia e sipërfaqes është 2l. Matematikisht, është shkruar:
Meqenëse tensioni sipërfaqësor është raporti i forcës me njësinë e gjatësisë, njësitë janë Njuton 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 mësipërme, duket se temperatura ndikon në tensionin sipërfaqësor të një lëngu. Në përgjithësi, me rritjen e temperaturës, vlera zvogëlohet. Kjo ndodh sepse me rritjen e temperaturës, molekulat e lëngut lëvizin më shpejt, duke zvogëluar bashkëveprimin midis molekulave të lëngut. Si pasojë, edhe vlera e tensionit sipërfaqësor zvogëlohet.
Zbatimi në jetën e përditshme
A keni menduar ndonjëherë pse i lajmë rrobat me sapun? Problemi është se, për të pasur rroba vërtet të pastra, uji duhet të kalojë nëpër boshllëqe shumë të ngushta në fibra. Kjo kërkon rritjen e sipërfaqes së ujit. Kjo është shumë e vështirë për t'u arritur për shkak të tensionit sipërfaqësor. Na pëlqen apo jo, tensioni sipërfaqësor i ujit duhet të ulet së pari. Mund ta ulim tensionin sipërfaqësor duke përdorur ujë të nxehtë. Sa më e lartë të jetë temperatura e ujit, aq më mirë, pasi sa më e lartë të jetë temperatura e ujit, aq më i ulët është tensioni sipërfaqësor (shih tabelën). Kjo është alternativa e parë dhe përdoret rrallë, përveç atyre që u pëlqen të luajnë me ujë të nxehtë. Një alternativë tjetër është përdorimi i sapunit.
Në një temperaturë prej 20 ° C, vlera e tensionit sipërfaqësor të ujit me sapun është 25,00 mN/m. Mundohuni të krahasoni ujin me sapun dhe ujin e nxehtë, cila vlerë është më e vogla? Në 100 ° C, vlera e tensionit sipërfaqësor të ujit të nxehtë = 58,90. Në një temperaturë prej 20 ° C, vlera e tensionit sipërfaqësor të ujit me sapun është 25,00 mN/m. Është më fitimprurëse të përdoret sapun… uji gjithashtu nuk është i nxehtë. Ka ende faktorë të tjerë që ndikojnë se sa mirë mund të pastrohen rrobat ose trupat tanë me sapun. Pra, ajo që u shpjegua më sipër është vetëm një nga faktorët ndikues.
Pse flluskat e sapunit ose të ujit janë të rrumbullakëta?
Flluskat e sapunit, ose pikat e ujit, kanë formë sferike për shkak të tensionit sipërfaqësor. Le të diskutojmë së pari për flluskat e sapunit. Flluskat e sapunit kanë dy membrana të holla në sipërfaqen e tyre, me një shtresë të hollë uji midis tyre.
Tensioni sipërfaqësor shkakton tkurrjen e membranës, duke tentuar të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Kur membrana e ujit me sapun tkurret dhe përpiqet të zvogëlojë sipërfaqen e saj, lind një ndryshim në presionin e ajrit midis pjesës së jashtme të membranës (presioni atmosferik) dhe asaj të brendshme të membranës. Presioni i ajrit jashtë membranës (presioni atmosferik) gjithashtu shtyn membranën e ujit me sapun ndërsa ajo tkurret, sepse presioni i ajrit brenda membranës është më i ulët.
Pasi membrana tkurret, ajri brenda (ajri i bllokuar midis dy membranave) kompresohet gjithashtu, duke rritur presionin e ajrit brenda membranës derisa tkurrja të ndalet. Me fjalë të tjera, kur tkurrja ndalet, presioni i ajrit midis membranave është i barabartë me presionin atmosferik + forcën e tensionit sipërfaqësor që tkurr membranat.
Po pikat e vesës ose pikat e ujit që dalin nga një rubinet? Ato janë në thelb të njëjta, pasi shkaku kryesor është tensioni sipërfaqësor. Ndërsa një flluskë sapuni ka dy membrana të holla në dy sipërfaqet e saj, një pikë uji ka vetëm një membranë të hollë, në pjesën e jashtme të pikës. Pjesa e brendshme është e mbushur me ujë. Pjesa e jashtme e pikës tërhiqet nga brenda. Si rezultat, uji tkurret, duke tentuar të zvogëlojë sipërfaqen e tij. Presioni i jashtëm atmosferik gjithashtu ndihmon në ngjeshjen e pikës së ujit. Tkurrja ndalet kur presioni në pjesën e brendshme të ujit është i barabartë me presionin atmosferik plus forcën që tkurr membranën e ujit.
