Επιφανειακή τάση

Η επιφανειακή τάση είναι η τάση ενός ρευστού να συστέλλεται στη μικρότερη δυνατή επιφάνεια. Αυτή η ιδιότητα του υγρού βασίζεται στο γεγονός ότι τα μόρια του υγρού βρίσκονται σε διαφορετική κατάσταση στην επιφάνεια από ότι στο κέντρο του υγρού. Η επιφανειακή τάση δεν καθορίζεται μόνο από τις ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων, αλλά και από τις ελκτικές δυνάμεις στερεών, υγρών και αερίων που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση.

Επιφανειακή τάση

Οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των σωματιδίων στο στρώμα της επιφάνειας και των σωματιδίων στον κύριο όγκο του υγρού, τείνοντας να ελαχιστοποιήσουν την επιφάνεια τους, προκαλούν επιφανειακή τάση. Λόγω της επιφανειακής τάσης, η επιφάνεια του υγρού του επιτρέπει να αντιτίθεται σε μια εξωτερική δύναμη λόγω της συνεκτικής φύσης των μορίων του.

Η επιφανειακή τάση δίνεται ως

T=F/L  

Και επίσης

T=m×a/L 

Εδώ, 

T =επιφανειακή τάση

F =δύναμη =m×a

L =μήκος

a =επιτάχυνση

m =μάζα 

Μονάδα επιφανειακής τάσης

Η επιφανειακή τάση προσδιορίζεται σε τζάουλ ανά τετραγωνικό μέτρο (J/m²). Η επιφανειακή τάση εκφράζεται συχνά ως το ποσό της δύναμης που εφαρμόζεται σε μια επιφάνεια η οποία είναι κανονική (κάθετη) σε μια γραμμή μοναδιαίου μήκους. Η επιφανειακή τάση συμβολίζεται με (γάμα).

Στο σύστημα μονάδας SI, η επιφανειακή τάση δίνεται σε Nm-1 και η διάσταση του είναι kg/s². Εάν η επιφάνεια του υγρού είναι μικρή, τότε έχει τη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση.

Τύπος διάστασης επιφανειακής τάσης

Όπως γνωρίζουμε, η επιφανειακή τάση είναι

T=F/L  

Και επίσης

T=m×a/L 

Επομένως,

Αιτία επιφανειακής τάσης

Ένα μόριο έλκεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις λόγω των δυνάμεων συνοχής από γειτονικά μόρια υγρού, που έχει ως αποτέλεσμα μηδενική καθαρή δύναμη. Δεδομένου ότι τα μόρια κοντά στην επιφάνεια δεν περιβάλλονται από παρόμοια μόρια από όλες τις πλευρές, ωθούνται προς τα μέσα. Αυτό δημιουργεί εσωτερική πίεση που έχει ως αποτέλεσμα περαιτέρω συμπίεση των υγρών επιφανειών στη μικρότερη δυνατή περιοχή.

Επίσης, λόγω της συνεκτικής δομής των μορίων του νερού, υπάρχει μια τάση που είναι παράλληλη προς την επιφάνεια που θα εναντιωθεί σε μια εξωτερική δύναμη.

Συνεκτικές και συγκολλητικές δυνάμεις

Συνεκτική δύναμη

Η δύναμη που υπάρχει μεταξύ των μορίων ορισμένων υγρών θεωρείται ως δύναμη συνοχής. Οι σταγόνες βροχής συγκρατούνται από τη συνεκτική δύναμη πριν πέσουν στη γη. Η επιφανειακή τάση είναι ένα φαινόμενο που είναι γνωστό σε εμάς, αλλά πολλοί από εμάς δεν γνωρίζουμε ότι η επιφανειακή τάση οφείλεται επίσης στη συνεκτική δύναμη. Η επιφανειακή τάση επιτρέπει σε σώματα που είναι πιο πυκνά από τα υγρά να επιπλέουν πάνω τους χωρίς υποστήριξη και να τα εμποδίζει να βυθιστούν.

Δύναμη συγκόλλησης

Η συγκολλητική δύναμη είναι η δύναμη έλξης μεταξύ δύο διαφορετικών σωμάτων όπως ένα στερεό δοχείο και ένα υγρό. Η συγκολλητική δύναμη επιτρέπει στο νερό να κολλήσει στο γυαλί.

Αν το φαινόμενο της πρόσφυσης είναι μεγαλύτερο από αυτό της συνοχής, τότε τα υγρά θα βρέξουν την επιφάνεια του στερεού με το οποίο έρχεται σε επαφή και μπορεί επίσης να παρατηρήσουμε ότι το υγρό καμπυλώνει προς την άκρη του δοχείου. Τα υγρά όπως ο υδράργυρος έχουν μεγαλύτερη συνεκτική δύναμη σε σύγκριση με τη συγκολλητική δύναμη και ως εκ τούτου μπορούν να οριστούν ως υγρά που δεν διαβρέχουν. Τα μη υγρά υγρά καμπυλώνονται προς τα μέσα όταν βρίσκονται κοντά στο χείλος του δοχείου.

Ιξώδες

Το ιξώδες ορίζεται ως το μέτρο της αντίστασης της ροής οποιουδήποτε ρευστού.

Ένα ρευστό με μεγάλο ιξώδες αντιστέκεται στην κίνηση ή την κίνηση επειδή οι διαμοριακές δυνάμεις των ρευστών είναι ισχυρές, γεγονός που παρέχει μεγάλη εσωτερική τριβή που αντιστέκεται στην κίνηση των στρωμάτων το ένα δίπλα στο άλλο.

Από την άλλη πλευρά, το ρευστό που έχει χαμηλό ιξώδες μπορεί να ρέει εύκολα επειδή η μοριακή του σύνθεση παράγει πολύ μικρή τριβή όταν κινείται. Τα αέρια έχουν επίσης ιξώδες, αλλά είναι δύσκολο να εντοπιστούν υπό κανονικές συνθήκες.

Το ιξώδες του υγρού μειώνεται γρήγορα όταν η θερμοκρασία του υγρού αυξάνεται. Ενώ, το ιξώδες των αερίων αυξάνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του αερίου. Επομένως, κατά τη θέρμανση, τα υγρά ρέουν πιο εύκολα ενώ η ροή των αερίων γίνεται αργή σε σύγκριση με το υγρό. Όταν η ποσότητα της ύλης αλλάζει, τότε δεν υπάρχουν αλλαγές στο ιξώδες, επομένως το ιξώδες είναι μια έντονη ιδιότητα.

Το ιξώδες είναι ο λόγος της διατμητικής τάσης προς τη βαθμίδα ταχύτητας στο ρευστό. Όταν μια σφαίρα πέφτει σε ένα ρευστό, τότε το ιξώδες προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο που δίνεται παρακάτω.

η=2g×a²×∆ρ/9v

Εδώ, 

=ιξώδες

g =βαρυτική επιτάχυνση

a =ακτίνα σφαίρας

∆ρ =διαφορά πυκνότητας

v =ταχύτητα

Αρχή του ιξώδους

Όταν ένα υγρό στρώμα μετακινείται σε μια επιφάνεια ή άλλο στρώμα του ίδιου υγρού, τα σωματίδια του ρευστού τείνουν να αντιστέκονται στην κίνηση και αυτή η δύναμη αντίστασης που δημιουργείται από ένα υγρό είναι γνωστή ως ιξώδες.

Συμπέρασμα

Οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των σωματιδίων στο στρώμα της επιφάνειας και των σωματιδίων στον κύριο όγκο του υγρού, με την τάση να ελαχιστοποιούν την επιφάνειά τους, προκαλούν επιφανειακή τάση.

Η επιφανειακή τάση δίνεται ως

T=F/L  

Και επίσης

T=m×a/L 

Η μονάδα επιφανειακής τάσης είναι τζάουλ ανά τετραγωνικό μέτρο (J/m²).

Ο τύπος διαστάσεων της επιφανειακής τάσης είναι

Το ιξώδες ορίζεται ως το μέτρο της αντίστασης της ροής οποιουδήποτε ρευστού.

Το ιξώδες δίνεται ως

η=2g×a²×∆ρ/9v