Абстрактно напрежение на течността
Течно повърхностно напрежение
Измерване на коефициента на повърхностно напрежение по метода на капковото разделяне (сталагмометрия)
Списък на използваните източници
Повърхностният слой на веществото е област на постепенна промяна в свойствата и състава по време на прехода от една фаза в друга. Образуването на повърхностен слой е резултат от взаимодействието на съседни фази. Молекулите на веществото, намиращи се във фазата, се различават по своето енергийно състояние от молекулите, разположени на границата. Последните изпитват различен ефект на силите на междумолекулно взаимодействие от всяка от контактуващите фази, тъй като физическите свойства на тези фази са различни. Молекулите в обема на тялото са равномерно заобиколени от същите молекули, така че силовите им полета са напълно компенсирани.
Молекулите на повърхностния слой взаимодействат както с молекули от една фаза, така и с молекули от друга фаза. В резултат на това резултантните молекулни сили в повърхностния слой не са равни на нула и са насочени във фазата, в която взаимодействието е по-голямо. По този начин възниква повърхностно напрежение, което има тенденция да намалява повърхността.
Течно повърхностно напрежение
В медицинската практика коефициентът на повърхностно напрежение се определя за различни биологични течности и течни дозирани форми, тъй като може да служи като диагностичен и аналитичен фактор.
За разлика от газа, чиито молекули почти не си взаимодействат, течните молекули проявяват много силно взаимодействие помежду си.
Силите на привличане между молекулите на течността са толкова големи, че вътрешното налягане в течността достига десетки хиляди атмосфери. Следователно е практически невъзможно да се намали обемът на течността чрез външно налягане, така че течността в повечето случаи да може да се счита за несвиваема. Характерна особеност на течността е наличието на свободна повърхност върху нея, граничеща с газ, по-точно с парите на самата течност или с твърди вещества. Молекулите, лежащи в много тънък повърхностен слой, са при условия, различни от условията, в които молекулите са вътре в течността. Вътре в течността всяка молекула е заобиколена от всички страни от едни и същи молекули, поради което привличащите сили, действащи върху молекулите, се компенсират (Фиг. 1).
Фигура 1 - Сили на привличане, действащи върху молекулите
Молекулата на повърхността не е заобиколена от течни молекули от всички страни. Следователно сумата от силите на привличане, действащи върху него от течните молекули, не е равна на нула: Фиг. един.
Резултатът от тях се насочва към течността. Вярно е, че има и молекули на парите над повърхността на течността, но има много по-малко от тях (плътността на парите при нормални условия е около 1000 пъти по-малка от плътността на течността), следователно силите от молекулите на парите са много по-малко от силите на привличане към течните молекули. По този начин сила действа върху молекулите на повърхностния слой, като се стреми да ги пренесе дълбоко в течността. Поради това молекулите на повърхностния слой имат висока потенциална енергия в сравнение с "дълбоките" молекули. Последицата от това е, че при липса на други сили, действащи върху течността, тя приема такава форма, при която нейната повърхност е минимална (за даден обем), т.е. форма на топка. При тази форма максимално възможният брой молекули не е на повърхността, а вътре в обема на течността. В реални условия течността не е само под влияние на вътрешните молекулярни сили. Освен това течността се въздейства от силата на гравитацията и силата на взаимодействие между молекулите на течността и твърдото тяло, с което течността граничи. Следователно течността приема формата на топка само в случаите, когато гравитацията е малка (т.е. когато масата на течността е малка) и ако течността граничи с твърдо вещество, тогава силата на взаимодействие на молекулите на течността с твърдите молекули също трябва да са малки в сравнение с междумолекулните сили в самата течност.
Това обяснява факта, че само малки капчици течност имат сферична форма, ако са заобиколени от въздух и ако капчиците влязат в контакт с твърдо тяло, тогава сферичната форма е възможна само в случаите, когато течността не намокри твърдо вещество (точно в тези случаи течността не навлажнява твърдото вещество, когато молекулните сили вътре в течността надвишават силите на взаимодействие с молекулите на твърдото вещество).
Напротив, намокрянето на твърдо вещество с течност показва, че силите, действащи между молекулите на течността, са много по-малки от силите на взаимодействие с частиците на твърдото вещество.
Тъй като молекулите на повърхностния слой на течността имат повишена потенциална енергия, тогава всяко намаляване на повърхността на течността води до намаляване на тази енергия. Това означава, че с такова намаляване на повърхността може да се работи. Напротив, всяко увеличаване на повърхността на течността е свързано с увеличаване на потенциалната енергия. Очевидно тази промяна в енергията е пропорционална на промяната в повърхността.
Нека обозначим промяната в енергията като dW, а съответната промяна в повърхността като dS. След това можете да напишете:
Коефициентът на пропорционалност σ, включен в тази формула, се нарича коефициент на повърхностно напрежение на течността.
Физическото значение на това количество (от формула 1): коефициентът на повърхностно напрежение е числено равен на промяната в повърхностната енергия на течността, когато нейната повърхност се промени с единица. Коефициентът на повърхностно напрежение се измерва: