Napięcie powierzchniowe

Napięcie powierzchniowe

Napięcie powierzchniowe jest właściwością cieczy umożliwiającej jej uzyskanie możliwie najmniejszej powierzchni.

Fizyka

Etykiety

napięcie powierzchniowe, kapilarne, kapilara, spójność, przyczepność, zwilżanie, rtęć, Kropla wody, staw skater, menisk, ciecz, cząstka, powierzchni wody, Cząsteczka wody, owad, gęstość, fizyka, kula

Powiązane treści

Sceny

Siła spójności

  • kropla wody - Kropla wody nie stykająca się z ciałem stałym ma kształt kuli, ponieważ jest to kształt o najmniejszym stosunku powierzchni do objętości.

Napięcie powierzchniowe występuje, ponieważ cząsteczki cieczy wzajemnie się przyciągają. Wzajemne oddziaływanie występujące pomiędzy takimi samymi cząsteczkami nazywamy kohezją, a siła z niej wynikająca to siła spójności. Siły spójności wewnątrz cieczy równoważą się na wzajem, dlatego cząsteczki te mają niski poziom energii. Natomiast cząsteczki powierzchniowe mają wysoki stan energii, ponieważ ich siły spójności wzajemnie się nie równoważą. W rezultacie, zgodnie z zasadą minimalnej energii, cząsteczki powierzchniowe nieustannie podążają ku wnętrzu cieczy. Dzięki temu parciu ku wnętrzu, ciecz próbuje uzyskać kształt o możliwie najmniejszej powierzchni. W przypadku swobodnie spadającej kropli wody takim kształtem jest kula.

Gdy ciecz styka się z ciałem stałym, zjawisko napięcia powierzchniowego staje się bardziej złożone. Wzajemnie przyciągające się oddziaływanie, występujące pomiędzy cząsteczkami ciała stałego i cząsteczkami cieczy to adhezja, a siła z niej wynikająca to siła przylegania.

Charakterystyczną cechą dla ciała stałego i cieczy połączonych w pary jest zdolność zwilżania. Zjawisko to zależy od wielkości siły przylegania i siły spójności występującej między cząsteczkami cieczy. Jeśli siła przylegania jest znacząca, to ciecz rozleje się na stałej powierzchni, czyli będzie w stanie ją zwilżyć. Na przykład kropla wody zwilża powierzchnię szkła. Jeśli jednak siła przylegania jest słaba, to ciecz stykająca się ze stałą powierzchnią jest w stanie zmniejszyć własną powierzchnię. W tym wypadku zwilżanie nie występuje. Na przykład, rtęć jest cieczą nie zwilżającą.

Właściwość zwilżalności określa zachowanie się poszczególnych cieczy w cienkich naczyniach, czyli kapilarach. W kapilarach ciecze nie zachowują się zgodnie z prawem dotyczącym naczyń połączonych, czyli nie pozostają na tym samym poziomie w rurkach. Zamiast tego można zaobserwować efekt kapilarny. W rurce kapilarnej, na przykład, woda tworzy menisk wklęsły, podczas gdy kapilar zawierający rtęć wykazuje menisk wypukły.

Menisk wklęsły występuje, gdy ciecz zwilża ścianę rurki kapilarnej, czyli kiedy siły przylegania (adhezyjne) między ciałem stałym a cieczą są silniejsze niż siły między cząsteczkami wody. Jeśli siły przylegania są mniejsze, wtedy występuje menisk wypukły.

Napięcie powierzchniowe i działanie kapilarne odgrywają ważną rolę w naturze. Na przykład takie drapieżne owady, jak nartniki duże nie mogłyby polować na powierzchni wody stojącej bez napięcia powierzchniowego. Odnóża owadów wodnych pokryte są drobnymi włoskami zapewniającymi małą powierzchnię styczną, dzięki czemu woda nie jest w stanie ich zwilżyć. Dzięki napięciu powierzchniowemu, powierzchnia wody zachowuje się jak membrana, zdolna utrzymać ciężar nartnika, pod którego odnogami tworzą się małe zagłębienia. Owad, odbijając się od nich, może osiągnąć przyspieszenie nawet do 90 cm/s.

Działanie kapilarne występuje również w układzie transportowym roślin. Zjawisko to jest potrzebne, aby naczynia kapilarne roślin mogły transportować wodę z korzeni do górnych części rośliny.

Siła przylegania

  • kropla wody
  • szkło

Zwilżanie

  • kropla wody
  • kropla rtęci
  • szkło

Działanie kapilarne

  • woda - Woda zwilża powierzchnię szkła, dlatego woda w szklance przechodzi do rurki kapilarnej, pomimo grawitacji.
  • rtęć - Rtęć nie zwilża powierzchni szkła, dlatego poziom płynnej rtęci w kapilarze będzie niższy niż w szklance.
  • rurka kapilarna

Animacja

  • kropla wody - Kropla wody nie stykająca się z ciałem stałym ma kształt kuli, ponieważ jest to kształt o najmniejszym stosunku powierzchni do objętości.
  • kropla wody
  • powierzchniowa cząsteczka wody - Przyciągają je jedynie sąsiadujące cząsteczki od strony wnętrza cieczy. Napięcie powierzchniowe jest wytwarzane przez parcie tych cząsteczek ku środkowi cieczy.
  • wewnętrzna cząsteczka wody - Są przyciągane ze wszystkich kierunków przez sąsiadujące cząsteczki.
  • kropla wody
  • szkło
  • kropla wody
  • kropla rtęci
  • ˂90°
  • ˃90°
  • kąt zwilżania - Mierzy się go tam, gdzie ciało stałe styka się z powierzchnią graniczną między parą a cieczą. Wskazuje on stopień nawilżenia, jakim ciecz może zwilżyć daną powierzchnię ciała stałego. Jeśli kąt zwilżania jest mniejszy niż 90°, to ciecz zwilża powierzchnię ciała stałego. Jeśli kąt ten jest większy niż 90°, wtedy zwilżenie nie występuje.
  • szkło
  • woda - Woda zwilża powierzchnię szkła, dlatego woda w szklance przechodzi do rurki kapilarnej, pomimo grawitacji.
  • rtęć - Rtęć nie zwilża powierzchni szkła, dlatego poziom płynnej rtęci w kapilarze będzie niższy niż w szklance.
  • rurka kapilarna
  • woda - Woda zwilża powierzchnię szkła, dlatego woda w szklance przechodzi do rurki kapilarnej, pomimo grawitacji.
  • rtęć - Rtęć nie zwilża powierzchni szkła, dlatego poziom płynnej rtęci w kapilarze będzie niższy niż w szklance.
  • menisk (wklęsły )
  • menisk (wypukły )
  • Nartnik duży - Żyje na powierzchni wód stojących, takich jak stawy, jeziora, oraz rzek wolnopłynących. Pożywieniem tego zwinnego zwierzęcia są owady, które wpadły do wody.
  • owłosienie - Drobne włoski, pokrywające odnóża nartnika dużego stykają się z wodą na bardzo małej powierzchni. W ten sposób zmniejszają siłę adhezji pomiędzy powierzchnią wody a odnóżami. Z powodu niskiej siły przylegania woda nie zwilża odnóży nartnika.

Nartnik duży

  • Nartnik duży - Żyje na powierzchni wód stojących, takich jak stawy, jeziora, oraz rzek wolnopłynących. Pożywieniem tego zwinnego zwierzęcia są owady, które wpadły do wody.

Powiązane treści

Woda (H₂O)

Bardzo trwały związek chemiczny wodoru i tlenu, niezbędny do życia. W przyrodzie występuje we wszystkich trzech stanach skupienia.

Zmiany stanów skupienia materii

Przejścia fazowe pomiędzy stanami gazowym, między stanem ciekłym a stałym nazywamy zmianami stanu skupienia.

Organy wegetatywne roślin

Te organy są niezbędne do przeżycia i do rozwoju roślin.

Spalanie świecy

Świece wykorzystywano do oświetlania już od czasów starożytnych.

Fotosynteza

Rośliny są w stanie wytworzyć organiczny cukier z nieorganicznych związków (dwutlenku węgla i wody).

Jak działa suszarka do włosów?

Animacja prezentuje budowę i zasadę działania suszarki do włosów.

Przezroczystość

Animacja ta wyjaśnia zjawisko przezroczystości i nieprzezroczystości, zasadę działania rentgenografii oraz to, że niektóre materiały absorbują jedynie...

Added to your cart.