Mjerenje koeficijenta površinskog napona vode

Vidjeli ste primjer površinske napetosti u akciji: vodeni insekti koji hodaju po vodi. Što je tačno površinska napetost?

Površinska napetost nastaje zato jer je površinski sloj tekućine rjeđi od njene unutrašnjosti.

Zbog toga molekule nisu na ravnotežnim udaljenostima, nego su međusobno udaljenije, pa među njima djeluju privlačne sile s težnjom da smanje razmak molekula. Ove privlačne sile stvaraju površinsku napetost. Površinska napetost je pojava da se površina vode ponaša kao napeta membrana. Površina vode ponaša se slično elastičnoj membrani. Ipak postoji značajna razlika. Kod elastične membrane pod djelovanjem naprezanja povećava se razmak između molekula i javlja se povratna, elastična, sila koja molekule vraća natrag u ravnotežni položaj. U slučaju vode razmak između molekula ostaje isti, ali se površina dopunjuje novim molekulama iz dubljih slojeva. Povratna sila javlja zbog težnje tekućine da minimizira površinom. U tome ne sudjeluje samo površina nego i cijeli volumen tekućine. Zbog toga je površinska napetost uvijek ista, za razliku od napetosti membrane koja se povećava kada je rastežemo.

Površinska napetost je sila po jediničnoj dužini presjeka površine, a jedinica je njutn po metru, N/m, slično kao što je tlak sila po jediničnoj površini. Napetost je jednako teško uočiti kao i tlak. Uzmemo li pločicu ploštine 1 cm2 , zbog atmosferskog tlaka, na nju djeluje sila od 10 N, kao da smo je pritisnuli utegom od 1 kg! Međutim, jednaka sila djeluje s obje strane pločice i rezultanta je jednaka nuli. Pločica je u ravnoteži i zato ne vidimo učinak tlaka. Ako učinak tlaka želimo vidjeti, moramo ukloniti zrak s jedne strane pločice. Slična je stvar s koncem duljine 1 cm koji pliva na površini vode. Sa svake strane, okomito na konac, a tangencijalno s površinom vode, djeluje sila od 0,72 mN. Djelovanje te sile možemo uočiti ako uklonimo ili razbijemo površinu s jedne strane konca, npr. pomoću deterdženta. Veličina kojom se kvantitativno izražava težnja tečnosti ka smanjenju površine zove se koeficijent površinskog napona $. On pokazuje koliki rad je potreban da se opna tečnosti poveća za jedinicu.

Površinska energija je jednaka radu potrebnom da se stvori jedinična površina i ima jedinicu džul po kvadratnome metru, J/m2 . Želimo li presjeći neki predmet moramo upotrijebiti barem energiju jednaku energiji dviju novih ploha koje nastaju presjekom. Kod tekućina je površinska energija brojčano jednaka površinskoj napetosti, dok kod čvrstih tijela ne možemo govoriti o površinskoj napetosti jer molekule nisu dovoljno pomične. (izvor )

Materijal

uska staklena cjevčica

plastična posuda

flaša vode

Koeficijent površinskog napona dat je S = (ρhga / 2) gdje je

ρ gustoća tekućine koju mjerite,

h je visina koju tekućina dostigne u cijevi,

g je ubrzanje sile Zemljine teže (9,81 m / s2) i

a je poluprečnik kapilarne cijevi

Mjerenjem visine do koje se podigla tečnost, jednostavno je odrediti koeficijent površinskog napona.

pročitajte