Επιφανειακή τάση του νερού

Η επιφανειακή τάση είναι η ιδιότητα του υγρού λόγω της οποίας η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού τείνει να συρρικνωθεί στην ελάχιστη δυνατή επιφάνεια. Συμβολίζεται με S. Η επιφανειακή τάση αφορά μόνο υγρά και όχι αέρια καθώς τα αέρια δεν έχουν ελεύθερη επιφάνεια. Παραδείγματα επιφανειακής τάσης είναι:  λάδι και νερό δεν αναμειγνύονται, οι τρίχες μιας βούρτσας δεν κολλάνε μεταξύ τους όταν στεγνώνουν και ακόμη και όταν βυθίζονται στο νερό, μπορεί το νερό να ανέβει στην κορυφή των φύλλων του δέντρου όλα αυτά είναι τα παραδείγματα επιφανειακή τάση. Τα υγρά δεν έχουν καθορισμένο σχήμα αλλά έχουν καθορισμένο όγκο που σημαίνει ότι αποκτάται ελεύθερος χώρος όταν χύνεται σε δοχείο. Αυτές οι επιφάνειες έχουν κάποια πρόσθετη ενέργεια. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως επιφανειακή τάση. Τύπος επιφανειακής τάσης – γ=1/2*F/L

γ – Επιφανειακή τάση, F- Force, L- μήκος

Έτσι, με τον τύπο μπορούμε να πούμε ότι ορίζεται ως η δύναμη που ασκεί ανά μονάδα μήκους στην επιφάνεια του υγρού.

Επιφανειακή ενέργεια 

Σε οποιοδήποτε υλικό, τα άτομα βρίσκονται σε δύο κατηγορίες, το ένα βρίσκεται στο μεγαλύτερο μέρος αυτού του υλικού όπου τα άτομα είναι σταθερά και έχουν ισορροπημένη αλληλεπίδραση, το άλλο βρίσκεται στην επιφάνεια του υλικού που δεν είναι τόσο σταθερά. Η επιφανειακή ενέργεια μπορεί να οριστεί ως η περίσσεια ενέργειας στην επιφάνεια ενός υλικού σε σύγκριση με τον όγκο. Η δυναμική ενέργεια στο μεγαλύτερο μέρος είναι μεγαλύτερη.

Η επιφανειακή ενέργεια είναι η εργασία που γίνεται ανά μονάδα επιφάνειας για να αυξηθεί το μέγεθος της επιφάνειας στο υλικό.

Επιφανειακή ενέργεια =στην εργασία που έγινε / περιοχή

Σχέση μεταξύ επιφανειακής τάσης και επιφανειακής ενέργειας

F =2Tl 

Λόγω της μετατόπισης dx η επιφάνεια της μεμβράνης αυξάνεται, η αύξηση της επιφάνειάς της είναι

∆A =2l*dx

Έτσι, η εργασία που γίνεται ανά μονάδα επιφάνειας είναι

W/A =2Tldx / 2ldx =T

Αυτή η εργασία που γίνεται αποθηκεύεται στη μονάδα επιφάνειας με τη μορφή δυναμικής ενέργειας και αυτή η δυναμική ενέργεια είναι γνωστή ως επιφανειακή ενέργεια.

Αιτία επιφανειακής τάσης

Η επιφανειακή τάση προκύπτει λόγω των συνεκτικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων του υγρού. Στον κύριο όγκο των υγρών μορίων περιβάλλονται από γειτονικά μόρια που τραβούν το ένα το άλλο εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις προκαλώντας την καθαρή δύναμη μηδέν.

Συνεκτικές και Συγκολλητικές δυνάμεις.

Η συνεκτική δύναμη είναι η διαμοριακή δύναμη έλξης μεταξύ μορίων της ίδιας ουσίας. Αυτός είναι ο λόγος που τα σταγονίδια νερού αποκτούν σφαιρικό σχήμα.

Οι συγκολλητικές δυνάμεις είναι οι δυνάμεις έλξης μεταξύ διαφορετικών μορίων. Προκαλούνται λόγω των δυνάμεων που δρουν μεταξύ δύο ουσιών όπως οι μηχανικές δυνάμεις και οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις. Το μελάνι κολλάει στο χαρτί κατά τη διάρκεια της γραφής είναι ένα παράδειγμα κολλητικής δύναμης.

Υπερβολική πίεση στην καμπύλη επιφάνεια ενός υγρού

1. Όταν η επιφάνεια ενός υγρού είναι κυρτή, υπάρχει διαφορά πίεσης μεταξύ της πλευράς του υγρού και της πλευράς του ατμού της επιφάνειας.
2. Κάθε μόριο υγρού στην επιφάνεια έλκεται από συνεκτική δύναμη προς όλες τις κατευθύνσεις και η δύναμη της επιφανειακής τάσης δρα εφαπτομενικά στην υγρή επιφάνεια.
3. Αν η επιφάνεια είναι επίπεδη, τότε το μόριο στην επιφάνεια θα έλκεται εξίσου από όλες τις πλευρές, καθιστώντας την καθαρή δύναμη στο μόριο ίση με μηδέν. Ως εκ τούτου, η πίεση είναι ίδια και στις δύο πλευρές.
4. Εάν η επιφάνεια του υγρού είναι κυρτή, η προκύπτουσα δύναμη R δρα προς τα κάτω. Για να διατηρηθεί η ισορροπία, θα υπάρχει πίεση στην πλευρά του χαρτιού.
5. Εάν η επιφάνεια του υγρού είναι κοίλη, τότε η προκύπτουσα δύναμη R θα δράσει προς τα πάνω στο μόριο. Για να διατηρηθεί η ισορροπία, η πίεση στην επάνω πλευρά πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την πίεση στην υγρή πλευρά.

Επομένως, κάθε φορά που μια υγρή επιφάνεια είναι κυρτή, η πίεση στην κοίλη πλευρά της είναι μεγαλύτερη από την πίεση στην κυρτή πλευρά.

Παραδείγματα επιφανειακής τάσης είναι- 

1. Όταν αναμιγνύουμε σαπούνι και νερό, η επιφανειακή τάση του υγρού μειώνεται κατά μήκος του υγρού για να αναμιχθεί με τη βρωμιά στα χέρια μας και να το καθαρίσει.
2. Αυτό το σφαιρικό σχήμα των σταγόνων υδραργύρου οφείλεται στην επιφανειακή τάση.
3. Τα μικρά έντομα μπορούν να περπατήσουν στο νερό λόγω του μικρού τους βάρους.
4. Αν τοποθετήσουμε μια μικρή βελόνα προσεκτικά στο νερό, θα επιπλέει στο νερό λόγω της δύναμης της επιφανειακής τάσης.
5. Σαπουνόφουσκες .

Συμπέρασμα 

Η τάση ενός υγρού λόγω της οποίας καταλαμβάνει ελάχιστη επιφάνεια εντός ενός συγκεκριμένου όγκου ονομάζεται επιφανειακή τάση. Επιφανειακή τάση (γ) =1/2*F/L

όταν ασκούμε κάποια δύναμη σε ένα υγρό για να δημιουργήσουμε ένα κενό μεταξύ, τότε η εργασία που γίνεται με τη δύναμη θα αποθηκευτεί με τη μορφή ενέργειας. Αυτό ονομάζεται ελαστική δυναμική ενέργεια ή επιφανειακή ενέργεια. Ο τύπος της επιφανειακής ενέργειας είναι, Ενέργεια επιφανείας =στην εργασία που έχει γίνει / εμβαδόν.

Υπάρχουν δύο τύποι δυνάμεων που δρουν σε ένα σώμα, η δύναμη συνοχής και η δύναμη συγκόλλησης.

Η διαμοριακή δύναμη έλξης μεταξύ ίδιων μορίων είναι γνωστή ως Συνεκτική δύναμη, ενώ η διαμοριακή δύναμη έλξης μεταξύ διαφορετικών μορίων είναι γνωστή ως συγκολλητική δύναμη.