Επιφανειακή τάση

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση



Διάγραμμα δυνάμεων συνοχής σε ένα μόριο υγρού και του φαινομένου της επιφανειακής τάσης

Με τον όρο Επιφανειακή τάση χαρακτηρίζεται μία από τις ιδιότητες της ύλης η οποία και είναι δύναμη που παρατηρείται ως φυσικό φαινόμενο στην επιφάνεια των υγρών.

Τα μόρια στην επιφάνεια των υγρών φέρονται ως μη δεκτικά εξωτερικών δυνάμεων, από υπερκείμενα μόρια, με συνέπεια να έλκονται μεταξύ τους και προς το εσωτερικό της υγρής μάζας, από δυνάμεις συνοχής. Συνέπεια αυτού είναι να δημιουργείται μια συνισταμένη δύναμη, τάση, που ονομάζεται επιφανειακή τάση. Λαμβάνοντας υπόψη ότι για ν΄ αυξηθεί η επιφάνεια ενός υγρού απαιτείται ενέργεια, διαφαίνεται ότι το πηλίκο της ενέργειας αυτής ανά μονάδα επιφάνειας είναι τελικά αυτό που ονομάζεται επιφανειακή τάση. Έτσι εξ αυτής ερμηνεύεται και η αιτία (το φαινόμενο) που η επιφάνεια του νερού συμπεριφέρεται ως ελαστική επιδερμίδα, έτσι ώστε να επιτρέπει στα έντομα να περπατούν επ΄ αυτής, καθώς επίσης και εκείνη της σφαιρικότητας που λαμβάνουν οι σταγόνες των υγρών, ως ελάχιστη δυνατή επιφάνεια.

Η επιφανειακή τάση μετριέται με ειδικό όργανο που λέγεται τασίμετρο. Πρόκειται για μία διάταξη που περιλαμβάνει ένα δακτύλιο που επιπλέει στην επιφάνεια του δείγματος του υγρού. Αυτός συνδέεται κατάλληλα με ένα ζυγό ακριβείας. Έτσι ο υπολογισμός της επιφανειακής τάσης γίνεται με τη μέτρηση της δύναμης που απαιτείται για την απόσπαση του δακτυλίου από την εν λόγω επιφάνεια.
Η δε διαδικασία της μετρησης της επιφανειακής τάσης λέγεται τασιμετρία.


ΔΙΑΒΡΟΧΗ- ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΤΑΣΗΣ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αν φέρουμε σε επαφή ένα υγρό με ένα στερεό, παρατηρούμε οτι σχηματίζεται γωνία μεταξύ της εγαπτομένης του υγρού και της επιφάνειας του στερεού. Ονομάζεται γωνία συνεπαφής (θ) και, τότε, μιλάμε για διαβροχή στερεού από υγρό.

Ανάλογα με την τιμή της γωνίας συνεπαφής διακρίνονται οι εξής περιπτώσεις:

  • Άν 90 < θ < 180, η διαβροχή θεωρείται κακή
  • Άν 0 < θ < 90, η διαβροχή είναι καλή. Αυτό σημαίνει ότι αν βγάλουμε το στερεό μέσα απο το υγρό θα έχει μείνει πάνω στο στερεό ένας λεπτός υμένας νερού.
  • Στις οριακές περιπτώσεις όπου θ=0 ή θ=180, η διαβροχή είναι τέλεια και ανύπαρκτη αντίστοιχα.


Γνωρίζουμε ότι η πίεση στο εσωτερικό ενός υγρού είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση με την εξωτερική, ανάλογα με το αν η εξωτερική επιγάνεια του υγρού είναι κυρτή, κοίλη ή επίπεδη αντίστοιχα. Μπορεί να αποδειχθεί ότι αυτή η διαφορά πίεσης ισούται με: Δp= 2γ/r

όπου γ ο συντελεστής επιγανειακής τάσης του υγρού και r η ακτίνα καμπυλότητας της εξωτερικής επιφανειας του υγρού.


Άν τώρα τοποθετήσουμε μια πλάκα κατακόρυφα μέσα στο νερό τότε, αφού το νερό διαβρέχει την πλάκα, θα πρέπει να καμπυλωθεί κατά τέτοιο τρόπο η επιφάνεια του νερού ώστε η γωνία συνεπαφής θ να είναι μικρότερη απο 90 μοίρες. Πρέπει, λοιπόν να σχηματιστεί μια κοίλη επιφάνεια. Στο σημείο επαφής τώρα υπάρχει μια υποπίεση, (αφού η επιφάνεια είναι κοίλη), επομένως θα πρέπει να ανυψωθεί η στάθμη του υγρού ώστε η υποπίεση να αντισταθμιστεί από την υδροστατική πίεση.


Άν, αντί για πλάκα, τοποθετηθεί μέσα στο υγρό σωλήνας διαμέτρου τάξεως του 1mm (τριχωειδής σωλήνας), τότε στο εσωτερικό του σωλήνα θα σχηματιστεί κοίλη επιφάνεια.

(Όταν η διαβροχή είναι τέλεια, ο σχηματιζόμενος μηνίσκος θα είναι περιφέρεια κύκλου)


ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

  1. ..Δ. Μέντζαφός Ειδικά Κεάλαια Φυσικής Φια Φοιτητές Των Γεωπονικών Επιστημών. Εκδόσεις Α. Σταμούλης 1997
  2. F.Tyler A Laboratory Manual of Physics. Edward Arrnold (Publishers) 1981.