Bu dersimizde sıvılar ve özelliklerinden bahsedeceğiz. Bakış açısından modern fizik Sıvılar araştırmanın en zor konusudur, çünkü gazlarla karşılaştırıldığında moleküller arasında ihmal edilebilir bir etkileşim enerjisinden bahsetmek artık mümkün değildir ve katılarla karşılaştırıldığında sıvı moleküllerin düzenli bir düzeninden söz edilemez (vardır). bir sıvıda uzun menzilli düzen yoktur). Bu, sıvıların bir takım ilginç özelliklere ve bunların tezahürlerine sahip olduğu gerçeğine yol açmaktadır. Bu derste böyle bir özellik tartışılacaktır.

İlk olarak, sıvının yüzeye yakın katmanındaki moleküllerin kütledeki moleküllerle karşılaştırıldığında sahip olduğu özel özellikleri tartışalım.

Pirinç. 1. Yüzeye yakın katmandaki moleküller ile sıvının büyük kısmındaki moleküller arasındaki fark

A ve B adlı iki molekülü düşünün. A molekülü sıvının içinde, B molekülü ise yüzeyindedir (Şekil 1). A molekülü diğer sıvı moleküller tarafından eşit şekilde çevrelenir, böylece moleküller arası etkileşim alanına düşen moleküllerden A molekülüne etki eden kuvvetler telafi edilir veya sonuçları sıfırdır.

Sıvının yüzeyinde bulunan B molekülüne ne olur? Sıvının üzerindeki gaz moleküllerinin konsantrasyonunun, sıvı moleküllerinin konsantrasyonundan çok daha az olduğunu hatırlayın. B molekülünün bir tarafı sıvı moleküller, diğer tarafı ise oldukça nadir gaz molekülleri ile çevrilidir. Sıvı tarafından çok daha fazla molekül ona etki ettiğinden, tüm moleküller arası kuvvetlerin sonucu sıvının içine yönlendirilecektir.

Dolayısıyla bir molekülün sıvının derinliklerinden yüzey katmanına ulaşabilmesi için moleküller arası telafi edilmemiş kuvvetlere karşı iş yapılması gerekir.

İşin, eksi işaretiyle alınan potansiyel enerjideki değişim olduğunu hatırlayın.

Bu, yüzeye yakın katmandaki moleküllerin, sıvının içindeki moleküllerle karşılaştırıldığında fazlalığa sahip olduğu anlamına gelir. potansiyel enerji.

Bu fazla enerji, akışkanın iç enerjisinin bir bileşenidir ve denir. yüzey enerjisi. Diğer enerjiler gibi joule olarak tanımlanır ve ölçülür.

Açıkçası, sıvının yüzey alanı ne kadar büyük olursa, fazla potansiyel enerjiye sahip olan moleküller o kadar fazla olur ve dolayısıyla yüzey enerjisi de o kadar büyük olur. Bu gerçek aşağıdaki ilişki olarak yazılabilir:

,

yüzey alanı nerede ve diyeceğimiz orantı faktörüdür yüzey gerilimi, bu katsayı bir veya başka bir sıvıyı karakterize eder. Bu miktarın kesin bir tanımını yazalım.

Yüzey gerilimi sıvı (bir sıvının yüzey gerilimi katsayısı), belirli bir sıvıyı karakterize eden ve yüzey enerjisinin sıvının yüzey alanına oranına eşit olan fiziksel bir miktardır.

Yüzey gerilimi katsayısı Newton cinsinden bir metreye bölünerek ölçülür.

Bir sıvının yüzey gerilim katsayısının neye bağlı olduğunu tartışalım. Öncelikle yüzey gerilim katsayısının moleküllerin etkileşiminin spesifik enerjisini karakterize ettiğini, yani bu enerjiyi değiştiren faktörlerin sıvının yüzey gerilim katsayısını da değiştireceğini hatırlatalım.

Yani yüzey gerilim katsayısı şunlara bağlıdır:

1. Sıvının yapısı (eter, alkol ve benzin gibi "uçucu" sıvılar için yüzey gerilimi "uçucu olmayan" - su, cıva ve sıvı metallerinkinden daha azdır).

2. Sıcaklık (sıcaklık ne kadar yüksek olursa yüzey gerilimi o kadar düşük olur).

3. Sabun veya çamaşır tozu gibi yüzey gerilimini azaltan yüzey aktif maddelerin (yüzey aktif maddeler) varlığı.

4. Bir sıvıya bitişik bir gazın özellikleri.

Yüzey gerilimi katsayısının yüzey alanına bağlı olmadığına dikkat edin, çünkü yüzeye yakın tek bir molekül için etrafta aynı moleküllerden kaç tane olduğu kesinlikle önemsizdir. Yüzey gerilimi katsayılarını gösteren tabloya dikkat edin çeşitli maddeler, bir sıcaklıkta:

Tablo 1. Sıvıların hava sınırındaki yüzey gerilimi katsayıları

Dolayısıyla yüzeye yakın katmandaki moleküller, sıvının büyük kısmındaki moleküllere kıyasla daha fazla potansiyel enerjiye sahiptir. Mekanik sırasında herhangi bir sistemin minimum potansiyel enerjiye yöneldiği gösterilmiştir. Örneğin belli bir yükseklikten atılan bir cisim aşağıya düşme eğiliminde olacaktır. Ayrıca uzanırken çok daha rahat hissedersiniz çünkü bu durumda vücudunuzun ağırlık merkezi mümkün olduğunca aşağıda bulunur. Sıvı durumunda potansiyel enerjisini azaltma arzusu neye yol açar? Yüzey enerjisi yüzey alanına bağlı olduğundan, herhangi bir sıvının sahip olması enerji açısından uygun değildir. geniş alan yüzeyler. Başka bir deyişle, serbest durumda sıvı, yüzeyini en aza indirme eğiliminde olacaktır.

Sabun filmiyle deney yaparak bunu doğrulamak kolaydır. Tel çerçeve sabunlu bir çözeltiye batırılırsa üzerinde bir sabun filmi oluşur ve film, yüzey alanı minimum olacak şekilde bir şekil alır (Şekil 2).

Pirinç. 2. Sabunlu bir çözeltiden elde edilen rakamlar

Basit bir deney kullanarak yüzey gerilim kuvvetlerinin varlığını doğrulayabilirsiniz. Bir iplik, tel halkaya iki yerden bağlanırsa ve ipliğin uzunluğu, ipliğin bağlantı noktalarını birleştiren kirişin uzunluğundan biraz daha fazla olacak şekilde bağlanırsa ve tel halka sabuna batırılırsa çözelti (Şekil 3a), sabun filmi halkanın tüm yüzeyini sıkacak ve iplik sabun filminin üzerinde duracaktır. Eğer film şimdi ipliğin bir tarafında kırılırsa, ipliğin diğer tarafında kalan sabun filmi büzülecek ve ipliği gerecektir (Şekil 3b).

Pirinç. 3. Yüzey gerilimi kuvvetlerini tespit etmek için deney yapın

Bu neden oldu? Gerçek şu ki, üstte kalan sabun çözeltisi, yani sıvı, yüzey alanını azaltma eğilimindedir. Böylece iplik yukarı çekilir.

Yani yüzey gerilim kuvvetinin varlığına ikna olduk. Şimdi bunu nasıl hesaplayacağımızı öğrenelim. Bunu yapmak için bir düşünce deneyi yapalım. Bir tarafı hareketli olan tel çerçeveyi sabunlu çözeltinin içine indirelim (Şekil 4). Çerçevenin hareketli tarafına kuvvet uygulayarak sabun filmini gereceğiz. Dolayısıyla çapraz çubuğa etki eden üç kuvvet vardır; filmin her bir yüzeyi boyunca etki eden bir dış kuvvet ve iki yüzey gerilimi kuvveti. Newton'un ikinci yasasını kullanarak şunu yazabiliriz:

Pirinç. 4. Yüzey gerilim kuvvetinin hesaplanması

Eğer dış bir kuvvetin etkisi altında çapraz çubuk bir mesafe hareket ederse, o zaman bu dış kuvvet iş yapacaktır

Doğal olarak bu işin performansı nedeniyle filmin yüzey alanı artacaktır, bu da yüzey enerjisinin de artacağı anlamına gelir ve bunu yüzey gerilim katsayısından belirleyebiliriz:

Alandaki değişiklik ise şu şekilde belirlenebilir:

tel çerçevenin hareketli kısmının uzunluğu nerede. Bunu göz önüne alarak, dış kuvvetin işinin şuna eşit olduğunu yazabiliriz:

(*) ve (**)'deki doğru parçaları eşitleyerek yüzey gerilim kuvveti için bir ifade elde ederiz:

Böylece yüzey gerilim katsayısı, yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilim kuvvetine sayısal olarak eşittir.

Böylece sıvının yüzey alanı minimum olacak şekilde bir şekil alma eğiliminde olduğunu bir kez daha görmüş olduk. Belirli bir hacim için bir kürenin yüzey alanının minimum olacağı gösterilebilir. Bu nedenle, eğer sıvıya başka bir kuvvet etki etmiyorsa veya bunların etkisi küçükse, sıvı küresel bir şekil alma eğiliminde olacaktır. Yani örneğin su ağırlıksız (Şekil 5) veya sabun köpüğü (Şekil 6) gibi davranacaktır.

Pirinç. 5. Sıfır yerçekiminde su

Pirinç. 6. Sabun köpüğü

Yüzey gerilim kuvvetlerinin varlığı aynı zamanda metal bir iğnenin neden su yüzeyinde "yattığını" da açıklayabilir (Şekil 7). Yüzeye dikkatlice yerleştirilen iğne onu deforme ederek bu yüzeyin alanını arttırır. Böylece böyle bir alan değişikliğini azaltma eğiliminde olan bir yüzey gerilim kuvveti ortaya çıkar. Yüzey geriliminin bileşke kuvveti yukarıya doğru yönlendirilecek ve yerçekimi kuvvetini telafi edecektir.

Pirinç. 7. Su yüzeyindeki iğne

Pipetin çalışma prensibi de aynı şekilde açıklanabilir. Yer çekimi kuvvetinin etki ettiği damlacık aşağı doğru çekilerek yüzey alanı artar. Doğal olarak, yer çekimi yönünün tersi olan ve damlacığın gerilmesine izin vermeyen yüzey gerilim kuvvetleri ortaya çıkar (Şekil 8). Pipetin lastik kapağına bastığınızda, yerçekimine yardımcı olan ekstra basınç yaratarak damlanın düşmesine neden olursunuz.

Pirinç. 8. Pipet nasıl çalışır?

Başka bir örnek alalım Gündelik Yaşam. Boya fırçasını bir bardak suya batırırsanız tüyleri kabarır. Şimdi bu fırçayı sudan çıkarırsanız tüm kılların birbirine yapıştığını fark edeceksiniz. Bunun nedeni, suyun fırçaya yapışan yüzey alanının minimum düzeyde olmasıdır.

Ve bir örnek daha. Kuru kumdan kale inşa etmek istiyorsanız, kum yer çekiminin etkisi altında parçalanacağı için başarılı olmanız pek mümkün değildir. Ancak kumu ıslatırsanız kum taneleri arasındaki suyun yüzey gerilimi nedeniyle şeklini koruyacaktır.

Son olarak, yüzey gerilimi teorisinin, daha karmaşık fiziksel problemleri çözerken güzel ve basit benzetmeler bulmaya yardımcı olduğunu belirtiyoruz. Örneğin hafif ve aynı zamanda güçlü bir yapı inşa etmeniz gerektiğinde, sabun köpüğünde olup bitenlerin fiziği imdadınıza yetişiyor. Ve bu atom çekirdeğini yüklü bir sıvı damlasına benzeterek atom çekirdeğinin ilk yeterli modelini oluşturmak mümkün oldu.

Kaynakça

1. G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky. "Fizik 10". - M.: Eğitim, 2008.
2. Ya E. Geguzin "Kabarcıklar", Kvant Kütüphanesi. - M.: Nauka, 1985.
3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky "Fiziğin Temelleri" cilt 1.
4. G. S. Landsberg "İlköğretim fizik ders kitabı" cilt 1.

1. Nkj.ru ().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

Ev ödevi

1. Bu dersin görevlerini çözerek GIA'nın 7,8,9 sorularına ve Birleşik Devlet Sınavının A8, A9, A10 sorularına hazırlanabileceksiniz.
2. Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fizik. Sorunların toplanması 10. sınıf "5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
3. Problem 5.47'ye göre su ve sabun çözeltisinin yüzey gerilim katsayısını belirleyin.

Soru ve cevap listesi

Soru: Yüzey gerilimi neden sıcaklıkla değişir?

Cevap: Sıcaklık arttıkça sıvının molekülleri daha hızlı hareket etmeye başlar ve dolayısıyla moleküller potansiyel çekim kuvvetlerini daha kolay yenerler. Bu, sıvının yüzeye yakın katmanındaki molekülleri bağlayan potansiyel kuvvetler olan yüzey gerilim kuvvetlerinde bir azalmaya yol açar.

Soru: Yüzey gerilim katsayısı sıvının yoğunluğuna bağlı mıdır?

Cevap: Evet öyle çünkü sıvının yüzeye yakın katmanındaki moleküllerin enerjisi sıvının yoğunluğuna bağlı.

Soru: Bir sıvının yüzey gerilim katsayısını belirlemenin yolları nelerdir?

Cevap: Okul dersinde bir sıvının yüzey gerilimi katsayısının belirlenmesi için iki yöntem incelenmektedir. Birincisi tel yırtma yöntemidir, prensibi problem 5.44'te açıklanmıştır. Ev ödevi ikincisi problem 5.47'de açıklanan damla sayma yöntemidir.

Soru: Sabun köpüğü neden bir süre sonra çöker?

Cevap: Gerçek şu ki, bir süre sonra yerçekiminin etkisi altında baloncuk alt kısımda üst kısımdan daha kalın hale gelir ve ardından buharlaşmanın etkisi altında bir noktada çöker. Bu, bir balon gibi tüm kabarcığın telafi edilmemiş yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında çökmesine yol açar.

Tanım 1

Yüzey gerilimi, bir sıvının kendi serbest yüzeyini azaltmak, yani gaz fazından ayrılma sınırındaki fazla potansiyel enerjiyi azaltmak için yaptığı harekettir.

Yalnızca katı fiziksel cisimler elastik özelliklerle değil, aynı zamanda sıvının yüzeyiyle de donatılmıştır. Hayatında herkes bir sabun filminin küçük baloncuklarla nasıl esnediğini görmüştür. Bir sabun filminde meydana gelen yüzey gerilimi kuvvetleri, gerilmiş bir lastik kesenin bir futbol topunda havayı tutmasına benzer şekilde, belirli bir süre boyunca havayı tutar.

Yüzey gerilimi ana fazların (örneğin gaz ve sıvı veya sıvı ve katı) arayüzeyinde ortaya çıkar. Bunun doğrudan nedeni, sıvının yüzey katmanındaki temel parçacıkların her zaman içeriden ve dışarıdan farklı bir çekim kuvvetine maruz kalmasıdır.

Bu fiziksel süreç, sıvının sanki elastik bir kabuk içindeymiş gibi hareket ettiği su damlası örneğinde düşünülebilir. Burada, sıvı bir maddenin yüzey katmanındaki atomlar, kendi iç komşularına, dış hava parçacıklarına göre daha güçlü bir şekilde çekilir.

Genel olarak yüzey gerilimi, $dt$ sabit sıcaklığında bir sıvının toplam yüzey alanını sonsuz küçük miktarda $dS$ artırmak için yapılması gereken sonsuz küçük veya temel bir $\sigma A$ işi olarak açıklanabilir.

Sıvılarda yüzey gerilimi mekanizması

Şekil 2. Skaler pozitif değer. Author24 - öğrenci ödevlerinin çevrimiçi değişimi

Sıvı, katılardan ve gazlardan farklı olarak içine yerleştirildiği kabın hacminin tamamını dolduramaz. Başka bir sıvı kütlesine göre özel koşullar altında çalışan buhar ile sıvı madde arasında belirli bir arayüz oluşur. Daha açıklayıcı bir örnek için iki molekül $A$ ve $B$'ı düşünün. $A$ parçacığı sıvının içindedir, $B$ molekülü doğrudan yüzeyindedir. İlk element, sıvının diğer atomları tarafından eşit şekilde çevrelenmiştir, bu nedenle moleküller arası etkileşim alanına düşen parçacıklardan moleküle etki eden kuvvetler her zaman telafi edilir veya başka bir deyişle bunların sonuç güçleri sıfırdır.

$B$ molekülü bir tarafta sıvı moleküller, diğer tarafta ise son konsantrasyonu birleşimden çok daha düşük olan gaz atomları ile çerçevelenmiştir. temel parçacıklar sıvılar. $B$ molekülü üzerinde ideal gaz tarafına göre sıvı tarafında çok daha fazla molekül etki ettiğinden, tüm moleküller arası kuvvetlerin sonucu artık sıfıra eşitlenemez, çünkü bu parametre cismin hacminin içine yönlendirilir. madde. Dolayısıyla sıvının derinliklerinden gelen bir molekülün yüzey katmanına ulaşabilmesi için telafi edilmemiş kuvvetlere karşı iş yapılması gerekir. Bu da yüzeye yakın seviyedeki atomların, sıvı içindeki parçacıklara kıyasla yüzey enerjisi adı verilen aşırı potansiyel enerjiyle donatıldığı anlamına gelir.

Yüzey gerilimi katsayısı

Şekil 3. Yüzey gerilimi. Author24 - öğrenci ödevlerinin çevrimiçi değişimi

Tanım 2

Yüzey gerilimi katsayısı, belirli bir sıvıyı karakterize eden ve yüzey enerjisinin sıvının serbest ortamının toplam alanına oranına sayısal olarak eşit olan fiziksel bir göstergedir.

Fizikte SI kavramında yüzey gerilim katsayısını ölçmek için kullanılan temel birim (N)/(m)'dir.

Bu değer doğrudan şunlara bağlıdır:

• sıvının yapısı (alkol, eter, benzin gibi uçucu elementler için yüzey gerilim katsayısı, uçucu olmayan elementler - cıva, sudan çok daha azdır);
• sıvı maddenin sıcaklığı (sıcaklık ne kadar yüksek olursa nihai yüzey gerilimi o kadar düşük olur);
• belirli bir sıvıya bitişik ideal bir gazın özellikleri;
• yüzey gerilimini azaltabilen çamaşır tozu veya sabun gibi stabil yüzey aktif elemanların varlığı.

Açıklama 1

Ayrıca yüzey gerilimi parametresinin serbest akışkan ortamın başlangıç ​​alanına bağlı olmadığı da belirtilmelidir.

Mekanikten, iç enerjisinin minimum değerinin her zaman sistemin değişmeyen durumlarına karşılık geldiği de bilinmektedir. Bu fiziksel süreç nedeniyle sıvı cisim çoğu zaman minimum yüzey alanına sahip bir şekil alır. Sıvı dış kuvvetlerden etkilenmiyorsa veya etkileri çok küçükse, elemanları bir damla su veya sabun köpüğü şeklinde bir küre şeklindedir. Benzer şekilde su da sıfır yerçekiminde davranmaya başlar. Akışkan sanki ana yüzeyine teğet etki eden ve bu ortamı azaltan faktörler varmış gibi hareket eder. Bu kuvvetlere yüzey gerilim kuvvetleri denir.

Bu nedenle yüzey gerilim katsayısı, genellikle serbest akışkan ortamı sınırlayan başlangıç ​​konturunun birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilim kuvvetinin temel modülü olarak da tanımlanabilir. Bu parametrelerin varlığı, sıvı bir maddenin yüzeyinin gerilmiş elastik bir film gibi görünmesini sağlar; tek fark, filmdeki sabit kuvvetlerin doğrudan sistemin alanına bağlı olması ve yüzey gerilim kuvvetlerinin kendilerinin bağımsız çalışma. Suyun yüzeyine küçük bir dikiş iğnesi koyarsanız yüzey bükülecek ve batmasını önleyecektir.

Bir dış faktörün etkisi, su gezgini gibi hafif böceklerin su kütlelerinin tüm yüzeyi üzerinde kaymasını tanımlayabilir. Bu eklembacaklıların ayakları su yüzeyini deforme ederek alanını arttırır. Sonuç olarak, alandaki bu tür bir değişikliği azaltma eğiliminde olan bir yüzey gerilim kuvveti ortaya çıkar. Ortaya çıkan kuvvet, yerçekiminin etkisini telafi edecek şekilde daima yalnızca yukarıya doğru yönlendirilecektir.

Yüzey geriliminin sonucu

Yüzey geriliminin etkisi altında, küçük miktarlardaki sıvı ortam, ideal olarak en küçük değere karşılık gelecek şekilde küresel bir şekil alma eğilimindedir. çevre. Küçük damlalar için yüzey gerilim kuvveti endeksi yerçekiminin etkisinden çok daha büyük olduğundan, başlangıçtaki yerçekimi kuvvetleri ne kadar zayıfsa, küresel bir konfigürasyona yaklaşım elde edilir.

Yüzey gerilimi arayüzlerin en önemli özelliklerinden biri olarak kabul edilir. Fiziksel cisimlerin ve sıvıların ince parçacıklarının ayrılması sırasında oluşumunun yanı sıra elementlerin veya kabarcıkların sis, emülsiyon, köpük ve yapışma süreçlerinde füzyonunu doğrudan etkiler.

Açıklama 2

Yüzey gerilimi gelecekteki biyolojik hücrelerin ve ana parçalarının şeklini belirler.

Bu fiziksel sürecin güçlerindeki bir değişiklik fagositozu ve alveoler solunum süreçlerini etkiler. Bu olay nedeniyle gözenekli maddeler uzun süre dayanabilir büyük miktar Daha geniş bir kaptaki sıvı seviyesine kıyasla kılcal damarlardaki sıvı seviyesinin yüksekliğindeki değişiklikleri içeren kılcal olaylar çok yaygındır. Bu işlemler sayesinde toprakta suyun yükselmesi, bitkilerin kök sistemi boyunca biyolojik sıvıların küçük tüpçük ve damar sistemi boyunca hareketi belirlenir.

Bir sıvının yüzeyindeki moleküller arasındaki çekim kuvvetleri onların sıvının ötesine geçmesini engeller.

Bir sıvının molekülleri karşılıklı çekim kuvvetine maruz kalır - aslında tam olarak bu nedenle sıvı anında buharlaşmaz. Diğer moleküllerin çekim kuvvetleri sıvının içindeki moleküllere her yönden etki eder ve dolayısıyla birbirlerini dengelerler. Bir sıvının yüzeyindeki moleküllerin dış komşuları yoktur ve ortaya çıkan çekim kuvveti sıvının içine yönlendirilir. Sonuç olarak suyun tüm yüzeyi bu kuvvetlerin etkisi altında büzülme eğilimi gösterir. Bu etki birlikte, sıvının yüzeyi boyunca etki eden ve üzerinde bir tür görünmez, ince ve elastik film oluşmasına yol açan yüzey gerilim kuvveti adı verilen kuvvetin oluşmasına yol açar.

Yüzey gerilimi etkisinin sonuçlarından biri, bir sıvının yüzey alanını - gerilmesini - arttırmak için yapılması gerekendir. mekanik iş yüzey gerilimi kuvvetlerinin üstesinden gelmek. Bu nedenle sıvı kendi başına bırakılırsa yüzey alanı minimum olan bir şekil alma eğilimindedir. Bu şekil elbette bir küredir - bu nedenle uçuş sırasında yağmur damlaları neredeyse küresel bir şekil alır ("neredeyse" diyorum çünkü damlalar uçuş sırasında hava direnci nedeniyle hafifçe uzar). Aynı nedenle taze balmumuyla kaplanmış bir arabanın kaportasındaki su damlaları da boncuklar halinde toplanır.

Yüzey gerilim kuvvetleri endüstride, özellikle de av tüfeği gibi küresel şekillerin dökümünde kullanılır. Erimiş metal damlacıklarının yeterli yükseklikten düştüklerinde uçuş sırasında katılaşmasına izin verilir ve alıcı bir kaba düşmeden önce toplar halinde katılaşır.

Günlük yaşamımızda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkin olduğu pek çok örnek vardır. Rüzgârın etkisi altında okyanusların, denizlerin ve göllerin yüzeyinde dalgalanmalar oluşur ve bu dalgalanmalar, iç su basıncının yukarı doğru kuvvetinin, yüzey geriliminin aşağı doğru kuvveti ile dengelendiği dalgalardır. Bu iki kuvvet dönüşümlü olarak değişir ve tıpkı bir müzik enstrümanının telinde dönüşümlü esneme ve sıkışma nedeniyle oluşan bir dalga gibi, su üzerinde dalgalanmalar oluşur.

Sıvının "boncuklar" halinde toplanıp toplanmayacağı veya katı bir yüzey üzerinde eşit şekilde yayılıp yayılacağı, sıvıdaki yüzey gerilimine neden olan moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin oranına ve sıvının molekülleri ile katı yüzey arasındaki çekim kuvvetlerinin oranına bağlıdır. Örneğin sıvı suda yüzey gerilim kuvvetleri moleküller arasındaki hidrojen bağlarından kaynaklanır ( santimetre. Kimyasal bağlar). Cam yeterince fazla sayıda oksijen atomu içerdiğinden ve su yalnızca diğer su molekülleriyle değil, aynı zamanda oksijen atomlarıyla da kolayca hidrojen bağları oluşturduğundan, camın yüzeyi su ile ıslatılır. Ancak camın yüzeyi gresle yağlanırsa yüzeyle hidrojen bağları oluşmayacak ve su, iç ortamın etkisi altında damlacıklar halinde toplanacaktır. hidrojen bağları yüzey gerilimini belirleyen şey.

Kimya endüstrisinde suya sıklıkla özel ıslatıcı maddeler eklenir. yüzey aktif maddeler, - Suyun herhangi bir yüzeyde damlalar halinde birikmesini önler. Örneğin bulaşık makineleri için sıvı deterjanlara eklenirler. Suyun yüzey katmanına giren bu tür reaktiflerin molekülleri, yüzey gerilim kuvvetlerini gözle görülür şekilde zayıflatır, su damlalar halinde toplanmaz ve kuruduktan sonra yüzeyde kirli lekeler bırakmaz ( santimetre.

Tanım 1

Yüzey gerilimi, bir sıvının kendi serbest yüzeyini azaltmak, yani gaz fazından ayrılma sınırındaki fazla potansiyel enerjiyi azaltmak için yaptığı harekettir.

Yalnızca katı fiziksel cisimler elastik özelliklerle değil, aynı zamanda sıvının yüzeyiyle de donatılmıştır. Hayatında herkes bir sabun filminin küçük baloncuklarla nasıl esnediğini görmüştür. Bir sabun filminde meydana gelen yüzey gerilimi kuvvetleri, gerilmiş bir lastik kesenin bir futbol topunda havayı tutmasına benzer şekilde, belirli bir süre boyunca havayı tutar.

Yüzey gerilimi ana fazların (örneğin gaz ve sıvı veya sıvı ve katı) arayüzeyinde ortaya çıkar. Bunun doğrudan nedeni, sıvının yüzey katmanındaki temel parçacıkların her zaman içeriden ve dışarıdan farklı bir çekim kuvvetine maruz kalmasıdır.

Bu fiziksel süreç, sıvının sanki elastik bir kabuk içindeymiş gibi hareket ettiği su damlası örneğinde düşünülebilir. Burada, sıvı bir maddenin yüzey katmanındaki atomlar, kendi iç komşularına, dış hava parçacıklarına göre daha güçlü bir şekilde çekilir.

Genel olarak yüzey gerilimi, $dt$ sabit sıcaklığında bir sıvının toplam yüzey alanını sonsuz küçük miktarda $dS$ artırmak için yapılması gereken sonsuz küçük veya temel bir $\sigma A$ işi olarak açıklanabilir.

Sıvılarda yüzey gerilimi mekanizması

Şekil 2. Skaler pozitif değer. Author24 - öğrenci ödevlerinin çevrimiçi değişimi

Sıvı, katılardan ve gazlardan farklı olarak içine yerleştirildiği kabın hacminin tamamını dolduramaz. Başka bir sıvı kütlesine göre özel koşullar altında çalışan buhar ile sıvı madde arasında belirli bir arayüz oluşur. Daha açıklayıcı bir örnek için iki molekül $A$ ve $B$'ı düşünün. $A$ parçacığı sıvının içindedir, $B$ molekülü doğrudan yüzeyindedir. İlk element, sıvının diğer atomları tarafından eşit şekilde çevrelenmiştir, bu nedenle moleküller arası etkileşim alanına düşen parçacıklardan moleküle etki eden kuvvetler her zaman telafi edilir veya başka bir deyişle bunların sonuç güçleri sıfırdır.

$B$ molekülü bir tarafta sıvı moleküller, diğer tarafta ise gaz atomları tarafından çerçevelenmiştir; bunların nihai konsantrasyonu, sıvının temel parçacıklarının kombinasyonundan çok daha düşüktür. $B$ molekülü üzerinde ideal gaz tarafına göre sıvı tarafında çok daha fazla molekül etki ettiğinden, tüm moleküller arası kuvvetlerin sonucu artık sıfıra eşitlenemez, çünkü bu parametre cismin hacminin içine yönlendirilir. madde. Dolayısıyla sıvının derinliklerinden gelen bir molekülün yüzey katmanına ulaşabilmesi için telafi edilmemiş kuvvetlere karşı iş yapılması gerekir. Bu da yüzeye yakın seviyedeki atomların, sıvı içindeki parçacıklara kıyasla yüzey enerjisi adı verilen aşırı potansiyel enerjiyle donatıldığı anlamına gelir.

Yüzey gerilimi katsayısı

Şekil 3. Yüzey gerilimi. Author24 - öğrenci ödevlerinin çevrimiçi değişimi

Tanım 2

Yüzey gerilimi katsayısı, belirli bir sıvıyı karakterize eden ve yüzey enerjisinin sıvının serbest ortamının toplam alanına oranına sayısal olarak eşit olan fiziksel bir göstergedir.

Fizikte SI kavramında yüzey gerilim katsayısını ölçmek için kullanılan temel birim (N)/(m)'dir.

Bu değer doğrudan şunlara bağlıdır:

• sıvının yapısı (alkol, eter, benzin gibi uçucu elementler için yüzey gerilim katsayısı, uçucu olmayan elementler - cıva, sudan çok daha azdır);
• sıvı maddenin sıcaklığı (sıcaklık ne kadar yüksek olursa nihai yüzey gerilimi o kadar düşük olur);
• belirli bir sıvıya bitişik ideal bir gazın özellikleri;
• yüzey gerilimini azaltabilen çamaşır tozu veya sabun gibi stabil yüzey aktif elemanların varlığı.

Açıklama 1

Ayrıca yüzey gerilimi parametresinin serbest akışkan ortamın başlangıç ​​alanına bağlı olmadığı da belirtilmelidir.

Mekanikten, iç enerjisinin minimum değerinin her zaman sistemin değişmeyen durumlarına karşılık geldiği de bilinmektedir. Bu fiziksel süreç nedeniyle sıvı cisim çoğu zaman minimum yüzey alanına sahip bir şekil alır. Sıvı dış kuvvetlerden etkilenmiyorsa veya etkileri çok küçükse, elemanları bir damla su veya sabun köpüğü şeklinde bir küre şeklindedir. Benzer şekilde su da sıfır yerçekiminde davranmaya başlar. Akışkan sanki ana yüzeyine teğet etki eden ve bu ortamı azaltan faktörler varmış gibi hareket eder. Bu kuvvetlere yüzey gerilim kuvvetleri denir.

Bu nedenle yüzey gerilim katsayısı, genellikle serbest akışkan ortamı sınırlayan başlangıç ​​konturunun birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilim kuvvetinin temel modülü olarak da tanımlanabilir. Bu parametrelerin varlığı, sıvı bir maddenin yüzeyinin gerilmiş elastik bir film gibi görünmesini sağlar; tek fark, filmdeki sabit kuvvetlerin doğrudan sistemin alanına bağlı olması ve yüzey gerilim kuvvetlerinin kendilerinin bağımsız çalışma. Suyun yüzeyine küçük bir dikiş iğnesi koyarsanız yüzey bükülecek ve batmasını önleyecektir.

Bir dış faktörün etkisi, su gezgini gibi hafif böceklerin su kütlelerinin tüm yüzeyi üzerinde kaymasını tanımlayabilir. Bu eklembacaklıların ayakları su yüzeyini deforme ederek alanını arttırır. Sonuç olarak, alandaki bu tür bir değişikliği azaltma eğiliminde olan bir yüzey gerilim kuvveti ortaya çıkar. Ortaya çıkan kuvvet, yerçekiminin etkisini telafi edecek şekilde daima yalnızca yukarıya doğru yönlendirilecektir.

Yüzey geriliminin sonucu

Yüzey geriliminin etkisi altında, küçük miktarlardaki sıvı ortam, ortamın en küçük boyutuna ideal olarak uyacak küresel bir şekil alma eğilimindedir. Küçük damlalar için yüzey gerilim kuvveti endeksi yerçekiminin etkisinden çok daha büyük olduğundan, başlangıçtaki yerçekimi kuvvetleri ne kadar zayıfsa, küresel bir konfigürasyona yaklaşım elde edilir.

Yüzey gerilimi arayüzlerin en önemli özelliklerinden biri olarak kabul edilir. Fiziksel cisimlerin ve sıvıların ince parçacıklarının ayrılması sırasında oluşumunun yanı sıra elementlerin veya kabarcıkların sis, emülsiyon, köpük ve yapışma süreçlerinde füzyonunu doğrudan etkiler.

Açıklama 2

Yüzey gerilimi gelecekteki biyolojik hücrelerin ve ana parçalarının şeklini belirler.

Bu fiziksel sürecin güçlerindeki bir değişiklik fagositozu ve alveoler solunum süreçlerini etkiler. Bu fenomen nedeniyle gözenekli maddeler, hava buharından bile büyük miktarda sıvıyı uzun süre tutabilir.Daha geniş bir kaptaki sıvı seviyesine kıyasla kılcal damarlardaki sıvı seviyesinin yüksekliğindeki değişiklikleri içeren kılcal olaylar, Çok yaygın. Bu işlemler sayesinde toprakta suyun yükselmesi, bitkilerin kök sistemi boyunca biyolojik sıvıların küçük tüpçük ve damar sistemi boyunca hareketi belirlenir.

Yüzey gerilimi içme suyu

İçme suyunun önemli bir parametresi yüzey gerilimidir. Su molekülleri arasındaki yapışma derecesini ve sıvı yüzeyinin şeklini belirler ve ayrıca suyun vücut tarafından emilme derecesini de belirler.

Bir sıvının buharlaşma seviyesi, moleküllerinin birbirine ne kadar güçlü bir şekilde bağlı olduğuna bağlıdır. Moleküller birbirlerine ne kadar güçlü çekilirse sıvının uçuculuğu da o kadar az olur. Bir sıvının yüzey gerilimi ne kadar düşükse o kadar uçucudur. Alkoller ve solventler en düşük yüzey gerilimine sahiptir. Bu da onların aktivitelerini yani diğer maddelerle etkileşime girme yeteneklerini belirler.

Görsel olarak yüzey gerilimi şu şekilde temsil edilebilir: Çayı yavaşça ağzına kadar bir bardağa dökerseniz, bir süre boyunca taşmayacaktır ve iletilen ışıkta sıvı yüzeyinin üzerinde ince bir filmin oluştuğunu görebilirsiniz. çayın dökülmesini engeller. Dolduruldukça şişer ve dedikleri gibi yalnızca "son damlada" sıvı taşar.

İçmek için ne kadar çok "sıvı" su kullanılırsa, vücudun parçalanması için o kadar az enerjiye ihtiyacı olur. moleküler bağlar ve hücrelerin suyla doyurulması.

Yüzey geriliminin ölçü birimi din/cm'dir.

Musluk suyunun yüzey gerilimi derecesi 73 din/cm'ye kadar, hücre içi ve hücre dışı sıvısı ise yaklaşık 43 din/cm'dir, dolayısıyla hücrenin suyun yüzey gerilimini yenmek için büyük miktarda enerjiye ihtiyacı vardır.

Mecazi anlamda su daha "yoğun" ve daha "sıvı"dır. Vücuda daha fazla "sıvı" suyun girmesi arzu edilir, o zaman hücrelerin yüzey gerilimini aşmak için enerji harcamasına gerek kalmaz. Düşük yüzey gerilimine sahip su biyolojik olarak daha kolay elde edilebilir. Moleküller arası etkileşimlere girmek daha kolaydır.

Sıcak suyun neden kiri soğuk suya göre daha iyi temizlediğini hiç merak ettiniz mi? Bunun nedeni suyun sıcaklığı arttıkça yüzey geriliminin azalmasıdır. Suyun yüzey gerilimi ne kadar düşükse, o kadar iyi çözücüdür. Yüzey gerilim katsayısı sıvının kimyasal bileşimine, sınırlandığı ortama ve sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık arttıkça kritik sıcaklıkta azalır ve kaybolur.Sıvı moleküllerin temas halindeki katı parçacıkları ile etkileşiminin gücüne bağlı olarak bir katının sıvı tarafından ıslanması veya ıslanmaması mümkündür.Her iki durumda da , sınıra yakın sıvı yüzeyi sağlam vücut kıvrımlar.

Suyun yüzey gerilimi, örneğin biyolojik olarak aktif maddelerin eklenmesi veya sıvının ısıtılması yoluyla azaltılabilir. İçmek için kullandığınız suyun yüzey gerilimi değeri 43 din/cm'ye ne kadar yakınsa vücudunuz tarafından o kadar az enerji emilebilir.

Nereden alacağımı bilmiyorum doğru su ? Ben soracağım!

Not:

"Düğmesine basmak Bilmek» Herhangi bir mali gider ve yükümlülük doğurmaz.

Sen teksin Bölgenizde doğru suyun bulunup bulunmadığı hakkında bilgi alın,

Ve Sağlıklı insanlar kulübüne ücretsiz üye olmak için eşsiz bir fırsat yakalayın