Paviršiaus įtempimas, medžiagos (skystos arba kietos fazės) noras sumažinti savo potencialios energijos perteklių sąsajoje su kita faze (paviršiaus energija). Apibrėžiamas kaip darbas, praleistas kuriant sąsajos ploto vienetą (matmenys J/m 2). Pagal kitą apibrėžimą, paviršiaus įtempimas- fazės sąsają ribojančio kontūro ilgio vieneto jėga (matmenys N/m); ši jėga veikia paviršių tangentiškai ir neleidžia jai savaime padidėti.
Paviršiaus įtempimas- pagrindinė skysčio paviršiaus sluoksnio termodinaminė charakteristika, esanti prie ribos su dujų faze ar kitu skysčiu. Paviršiaus įtempimasįvairių skysčių, turinčių savo garus, riba labai skiriasi: nuo vienetų suskystintoms žemos virimo temperatūros dujoms iki kelių tūkstančių mN/m išlydytų ugniai atsparių medžiagų. Paviršiaus įtempimas priklauso nuo temperatūros. Daugeliui vienkomponenčių nesusijusių skysčių (vanduo, išlydytos druskos, skysti metalai) toli nuo kritinės temperatūros linijinė priklausomybė galioja gerai:
kur s ir s 0 yra paviršiaus įtempimas esant temperatūrai T Ir T 0 atitinkamai, α≈0,1 mN/(m K) – temperatūros koeficientas paviršiaus įtempimas. Pagrindinis reguliavimo būdas paviršiaus įtempimas susideda iš paviršinio aktyvumo medžiagų (paviršinio aktyvumo medžiagų) naudojimo.
Paviršiaus įtempimas yra įtrauktas į daugelį fizikos, fizikinės ir koloidinės chemijos, elektrochemijos lygčių.
Jis apibrėžia šiuos kiekius:
1. kapiliarinis slėgis, kur r 1 ir r 2 - pagrindiniai paviršiaus kreivio spinduliai ir sočiųjų garų slėgis r virš lenkto skysčio paviršiaus: , kur r- paviršiaus kreivumo spindulys, R- dujų konstanta, Vn- molinis skysčio tūris, p 0 – slėgis virš lygaus paviršiaus (Laplaso ir Kelvino dėsniai, žr. Kapiliariniai reiškiniai).
2. Skysčio sąlyčio su kietosios medžiagos paviršiumi kampas θ: cos, kur yra kietosios medžiagos savitoji laisvojo paviršiaus energija sąsajoje su dujomis ir skysčiu, - paviršiaus įtempimas skysčiai (Youngo dėsnis, žr. Drėkinimą).
3. Paviršinio aktyvumo medžiagų adsorbcija 
kur μ yra adsorbuotos medžiagos cheminis potencialas (Gibbso lygtis, žr. Adsorbcija). Atskiestiems tirpalams kur Su- molinė paviršiaus aktyviosios medžiagos koncentracija.
4. Paviršinio aktyvumo medžiagos adsorbcinio sluoksnio būklė ant skysčio paviršiaus: (p s + a/A 2)·( A- b)=k T, kur p s=(s 0 -s) - dvimatis slėgis, s 0 ir s - atitinkamai paviršiaus įtempimas grynas skystis ir tas pats skystis, esant adsorbcijos sluoksniui, A- konstanta (analogiška van der Waalso konstantai), A- paviršiaus sluoksnio plotas vienai adsorbuotai molekulei, b- plotas, kurį užima 1 skysčio molekulė, k- Boltzmann konstanta (Frumkin-Volmer lygtis, žr. Paviršiaus aktyvumas).
5. Elektrokapiliarinis efektas: - d s/ d f = r s, kur r s – paviršiaus krūvio tankis, f – elektrodo potencialas (Lipmano lygtis, žr. Elektrokapiliariniai reiškiniai).
6. Naujos fazės kritinio branduolio formavimo darbas W c. Pavyzdžiui, vykstant vienalytei garų kondensacijai esant slėgiui, kur p 0 – garų slėgis virš plokščio skysčio paviršiaus (Gibbso lygtis, žr. Naujos fazės kilmė).
7. Kapiliarinių bangų ilgis l skysčio paviršiuje: , kur ρ – skysčio tankis, τ – svyravimų periodas, g- gravitacijos pagreitis.
8. Skystųjų plėvelių su paviršinio aktyvumo sluoksniu elastingumas: tamprumo modulis, kur s- plėvelės plotas (Gibbso lygtis, žr. Plonos plėvelės).
Paviršiaus įtempimas matuojamas daugeliui grynų medžiagų ir mišinių (tirpų, lydalų) įvairiuose temperatūrų ir sudėties diapazonuose. Nes paviršiaus įtempimas yra labai jautrus priemaišų buvimui, matavimai naudojant skirtingus metodus ne visada suteikia vienodas vertes.
Pagrindiniai matavimo metodai yra šie:
1. drėkinančių skysčių kilimas kapiliaruose. Kėlimo aukštis, kur 
- skystų ir išstumtų dujų tankio skirtumas, ρ
- kapiliaro spindulys. Nustatymo tikslumas paviršiaus įtempimas didėja mažėjant santykiui ρ/α
(α
- skysčio kapiliarinė konstanta).
2. Didžiausio slėgio matavimas dujų burbule (Rebinder metodas); Skaičiavimas pagrįstas Laplaso lygtimi. Kai burbulas išspaudžiamas į skystį per kalibruotą kapiliarą, kurio spindulys prieš atskyrimo momentą, slėgis p m = 2σ/r
3. Lašų svėrimo metodas (stalagmometrija): (Tate lygtis), kur G- Bendras svoris n lašai, atskirti veikiami gravitacijos nuo kapiliarinio vamzdelio pjūvio spinduliu r. Siekiant pagerinti tikslumą, dešinė pusė padauginama iš pataisos koeficiento, priklausančio nuo r ir kritimo tūrio.
4. Plokščių balansavimo metodas (Wilhelmy metodas). Panardinant plokštę su skerspjūvio perimetru Lį drėkinimo skystį yra plokštės svoris, kur G 0 - sausos plokštės svoris.
5. Žiedo nuplėšimo metodas (Du Nouy metodas). Nuplėšti vielos žiedą su spinduliu R nuo skysčio paviršiaus reikia jėgos
6. Sėdimasis kritimo metodas. Kritimo ant nešlapio pagrindo profilis nustatomas pagal sąlygą, kad hidrostatinio ir kapiliarinio slėgio suma yra pastovi. Kritimo profilio diferencialinė lygtis sprendžiama skaitine integracija (Bashforth-Adams metodas). Išmatuodami kritimo profilio geometrinius parametrus naudodami atitinkamas lenteles, raskite paviršiaus įtempimas.
7. Besisukantis lašo metodas. Skysčio lašas, kurio tankis r 1, įdedamas į mėgintuvėlį su sunkesniu (tankio r 2) skysčiu. Kai vamzdis sukasi kampiniu greičiu ω, lašelis ištempiamas išilgai ašies, maždaug įgaunant spindulio cilindro formą r. Projektavimo lygtis: . Metodas naudojamas mažiems matuoti paviršiaus įtempimas dviejų skysčių sąsajoje.
Paviršiaus įtempimas yra lemiamas veiksnys daugelyje technologinių procesų: flotacija, akytų medžiagų impregnavimas, dengimas, ploviklio veikimas, miltelinė metalurgija, litavimas ir kt. paviršiaus įtempimas nulinės gravitacijos vykstančiuose procesuose.
Koncepcija paviršiaus įtempimas pirmą kartą pristatė J. Segneris (1752). I pusėje XIX a. remiantis idėja paviršiaus įtempimas buvo sukurta matematinė kapiliarinių reiškinių teorija (P. Laplasas, S. Puasonas, K. Gaussas, A. Yu. Davidovas). antroje pusėje XIX a. J. Gibbsas sukūrė paviršiaus reiškinių termodinaminę teoriją, kurioje ir tenka lemiamas vaidmuo paviršiaus įtempimas. XX amžiuje kuriami reguliavimo metodai paviršiaus įtempimas naudojant paviršinio aktyvumo medžiagas ir elektrokapiliarinį poveikį (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumknn). Tarp šiuolaikinių aktualių problemų yra molekulinės teorijos raida paviršiaus įtempimasįvairių skysčių (įskaitant išlydytus metalus), paviršiaus kreivumo įtaka paviršiaus įtempimas.
Savivaldybės švietimo įstaiga
„Vidurinė mokykla Nr. 24 su giluminiu meninių ir estetinių dalykų studijomis“
Mokyklinė mokslinė ir praktinė konferencija
Santrauka tema: „Paviršiaus įtempimo jėgų vaidmuo fizikoje“
Užbaigta:
Onokhinas Dmitrijus Aleksejevičius, 10 „A“ klasės mokinys, Savivaldybės ugdymo įstaiga „24 vidurinė mokykla, gilinantis meninius ir estetinius dalykus“.
Mokslinis patarėjas:
Volchinas Nikolajus Ivanovičius, fizikos mokytojas, Savivaldybės švietimo įstaiga „24 vidurinė mokykla, gilinantis meninius ir estetinius dalykus“.
Archangelskas, 2009 m
Įvadas
Burbulo metodas
Vielos metodas
Nuleidimo metodas
Mėgintuvėlių patirtis
Patirtis "Plykštaulė"
Paviršiaus įtempimo vaidmuo gyvenime
Išvada
Bibliografija
Programos
Įvadas.
Tokios jėgos kaip gravitacija, elastingumas ir trintis yra akivaizdžios; kiekvieną dieną juos patiriame tiesiogiai. Tačiau mus supančiame kasdienybės reiškinių pasaulyje veikia kita jėga, į kurią dažniausiai nekreipiame dėmesio. Ši galia yra palyginti maža, jos veiksmai niekada nesukelia galingų padarinių. Jis netgi neseniai buvo pašalintas iš stojamųjų į universitetus egzaminų programų. Nepaisant to, negalime pilti vandens į stiklinę, negalime nieko daryti su jokiu skysčiu, neįjungę jėgų, apie kurias dabar kalbėsime. Tai yra paviršiaus įtempimo jėgos.
Paviršiaus įtempis yra jėga, kurią sukelia skysčio molekulių tarpusavio trauka, nukreipta tangentiškai į jo paviršių.
Paviršiaus įtempimo jėgų veikimas lemia tai, kad pusiausvyroje esantis skystis turi mažiausią galimą paviršiaus plotą. Kai skystis liečiasi su kitais kūnais, skysčio paviršius atitinka jo paviršiaus energijos minimumą.
„Paviršiaus įtempimo“ sąvoką pirmasis įvedė J. Segneris (1752).
Esame taip įpratę prie paviršiaus įtempimo sukeliamų padarinių, kad jų nepastebime nebent smagiai pūsdami muilo burbulus. Tačiau gamtoje ir mūsų gyvenime jie vaidina svarbų vaidmenį.
Yra gana daug skirtingų paviršiaus įtempimo nustatymo metodų: kritimo metodas, vielos rėmo metodas, žiedo metodas, kapiliarinės bangos metodas, lašo ir burbulo metodas ir kt. paviršiaus įtempimo matavimai.
1. Burbulo metodas.
„Išpūskite muilo burbulą ir pažiūrėkite į jį: galite jį mokytis visą gyvenimą, nenustodami mokytis iš jo fizikos pamokų“, – rašė puikus anglų fizikas Lordas Kelvinas.
Visų pirma, muilo plėvelė yra puikus objektas paviršiaus įtempimui tirti. Gravitacija čia beveik nevaidina, nes muilo plėvelės yra itin plonos, o jų masė visiškai nereikšminga. Todėl pagrindinį vaidmenį atlieka paviršiaus įtempimo jėgos, dėl kurių plėvelės forma visada būna tokia, kad jos plotas būtų kuo mažesnis tam tikromis sąlygomis. Kodėl plėvelė turi būti muiluota? Viskas priklauso nuo muilo plėvelės struktūros. Muile gausu vadinamųjų paviršinio aktyvumo medžiagų, kurių ilgų molekulių galai turi skirtingą ryšį su vandeniu: vienas galas noriai jungiasi su vandens molekule, kitas – vandeniui abejingas. Todėl muilo plėvelė turi sudėtingą struktūrą: ją formuojantis muilo tirpalas yra tarsi „sustiprintas“ tvarkingai išsidėsčiusių paviršiaus aktyviosios medžiagos, kuri yra muilo dalis, molekulių palisado.
Grįžkime prie muilo burbulų. Turbūt kiekvienam yra tekę ne tik stebėti šiuos nuostabiai gražius kūrinius, bet ir paleisti. Jie yra sferinės formos ir gali laisvai plūduriuoti ore ilgą laiką. Slėgis burbulo viduje yra didesnis nei atmosferos slėgis. Perteklinis slėgis atsiranda dėl to, kad muilo plėvelė, bandydama dar labiau sumažinti savo paviršių, suspaudžia orą burbulo viduje, o kuo mažesnis jos spindulys, tuo didesnis perteklinis slėgis burbulo viduje.
Laisvas skysčio paviršius linkęs susitraukti. Tai galima pastebėti, kai skystis yra plonos plėvelės pavidalo. Tokios būklės pavyzdys būtų muilo plėvelės, pvz., tos, kurias vaikystėje gaudavote pūsdami muilo burbulus. Kadangi muilo plėvelių storis yra labai mažas, skystis plėvelėje gali būti laikomas dviem paviršiniais sluoksniais, neatsižvelgiant į tarp sluoksnių esančių molekulių įtaką. Muilo burbulo gavimas iš vamzdelio, su kuriuo jis buvo gautas. Pastebėsite, kad burbulas mažėja. Tai rodo muilo plėvelės paviršiaus ploto sumažėjimą.
2. Vielinio rėmo metodas.
Paimkite vielinį keturkampį rėmą ir sujunkite priešingas jo viršūnes plonu, laisvu siūlu. Nuleidę rėmą į muiluotą vandenį, pastebėsite, kad iš vandens ištrauktas rėmas yra padengtas muilo plėvele. Vienoje sriegio pusėje pradūrę plėvelę, pamatysite, kad siūlas įgaus lanko formą. Patirtis rodo, kad muilo plėvelės paviršius susitraukia.
Skysčio paviršiaus susitraukimo savybė gali būti aiškinama kaip jėgų, linkusių susitraukti šį paviršių, egzistavimas. Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgomis.
Naudodami toliau aprašytą eksperimentą galite rasti būdą, kaip išmatuoti paviršiaus įtempimo jėgas. Panardinę vielinį rėmą į muiluotą vandenį ir išėmę jį iš vandens, nesunkiai pastebėsite, kad viršutinė rėmo dalis (visas kelias) yra padengtas muilo plėvele. Jei judančią šio kadro pusę patrauksite žemyn, plėvelė išsitemps, o jei atleisite judančiąją – plėvelė susitrauks.
Ant rėmo suformuota plėvelė yra plonas skysčio sluoksnis ir turi du laisvus paviršius.
Paviršiaus įtempis matuojamas jėga, kuria paviršiaus sluoksnis veikia tam tikro kontūro ilgio vienetą laisvajame skysčio paviršiuje, liečiančiame šį paviršių. Tarptautinėje vienetų sistemoje ši vertė matuojama niutonais vienam metrui (1 N/m).
3. Drop metodas.
Paprasčiausias būdas suvokti paviršiaus įtempimo jėgų prigimtį yra stebėti, kaip susidaro lašas prie blogai uždaryto arba sugedusio čiaupo. Kol lašas nedidelis, jis neatsikabina: jį laiko paviršiaus įtempimo jėgos (paviršinis sluoksnis veikia kaip maišelis). Kuo didesnis kritimas, tuo didesnį vaidmenį atlieka potenciali gravitacijos energija. Atidžiai pažiūrėkite, kaip lašelis pamažu auga, susidaro siaurėjantis kaklelis ir lašelis nutrūksta.
Lašas atsistoja tuo metu, kai jo svoris tampa lygus paviršiaus įtempimo jėgoms, veikiančioms išilgai lašo kaklelio perimetro. Nereikia daug fantazijos įsivaizduoti, kad vanduo yra uždarytas elastiniame maišelyje, o šis maišelis lūžta, kai svoris viršija jo stiprumą.
Realybėje, žinoma, lašelyje nėra nieko, išskyrus vandenį, tačiau pats paviršinis vandens sluoksnis elgiasi kaip ištempta elastinga plėvelė.
Ar kada nors matėte labai didelius lašus?
Įprastomis sąlygomis tokių lašų nėra. Ir tai nėra atsitiktinumas - didelio skersmens lašai yra nestabilūs ir skyla į mažus.
4. Mėgintuvėlio eksperimentas.
Pirmas žvilgsnis į arbatą, pilamas į puodelį, patvirtina gerai žinomą poziciją, kad skystis neturi savo formos, o įgauna indo, į kurį pilamas, formą. Paimkime mėgintuvėlį, pripildytą vandens. Apverskime jį ant knygos ar atviruko ir pamažu ištraukime atviruką. Nebuvo išsiliejęs nė vienas lašas, tačiau vandens paviršius išsipūtė ir susidarė „šliaužykla“. Visos sistemos stengiasi sumažinti savo energiją. Taip pat paviršiaus įtempimas sumažina skysčio paviršiaus plotą iki minimumo. Iš visų geometrinių formų rutulys turi mažiausią paviršiaus plotą tam tikram tūriui. Taigi tinkama skysčio forma yra rutulys. Didelis skysčio kiekis negali išlaikyti sferinės formos; jis keičiasi veikiamas gravitacijos. Jei gravitacijos poveikis bus pašalintas, tada, veikiant molekulinėms jėgoms, skystis įgaus rutulio formą.
5. „Plonakalnio“ patirtis
Jei paimsite vandens ir alkoholio mišinį ir įlašinsite į jį lašelį skystos alyvos, tai tam tikru momentu gravitacijos jėgą subalansuos Archimedo jėga ir susidaręs aliejaus rutulys laisvai ilsisi mišinyje. Šis rutulys yra apsaugotas nuo išsibarstymo į molekules dėl paviršiaus įtempimo jėgos. Belgų mokslininkas J. Platonas, tirdamas skysčių paviršiaus įtempimą, pirmą kartą sumanė panaikinti gravitacijos poveikį praėjusio amžiaus viduryje, savo metodu tyrinėdamas įvairius reiškinius.
6. Paviršiaus įtempimo vaidmuo gyvenime.
Paviršiaus įtampos vaidmuo gyvenime yra labai įvairus. Atsargiai uždėkite adatą ant vandens paviršiaus. Paviršiaus plėvelė sulinks ir neleis adatai nuskęsti. Dėl tos pačios priežasties lengvi vandens bėgikai gali greitai slysti vandens paviršiumi, kaip greitieji čiuožėjai ant ledo.
Plėvelės įlinkis neleis vandeniui išsilieti, atsargiai pilamas į gana storą sietelį. Taigi galite „neštis vandenį sietelyje“. Tai parodo, kaip kartais sunku, net ir norint, pasakyti tikrą nesąmonę. Audinys yra tas pats sietas, suformuotas susipynus siūlus. Dėl paviršiaus įtempimo vandeniui labai sunku prasiskverbti, todėl jis akimirksniu nesušlampa.
Norėdamas susitraukti, paviršiaus plėvelė suteiktų skysčiui sferinę formą, jei ne jo sunkumas. Kuo mažesnis lašelis, tuo didesnį vaidmenį atlieka paviršiaus jėgos, palyginti su tūrinėmis jėgomis (gravitacija). Todėl maži rasos lašeliai savo forma yra artimi rutuliui. Laisvo kritimo metu atsiranda nesvarumo būsena, todėl lietaus lašai yra beveik griežtai sferiniai. Lengvas lietus būtų mus permerkęs. Dėl saulės spindulių lūžio šiuose lašuose atsiranda vaivorykštė. Jei lašai nebūtų sferiniai, kaip rodo teorija, vaivorykštės nebūtų.
Patrauklios jėgos tarp skysčio paviršiaus molekulių neleidžia joms judėti už jo ribų.
Skysčio molekulės patiria abipusės traukos jėgas – iš tikrųjų būtent dėl to skystis iš karto neišgaruoja. Skysčio viduje esančiose molekulėse kitų molekulių traukos jėgos veikia iš visų pusių ir todėl tarpusavyje subalansuoja viena kitą. Skysčio paviršiuje esančios molekulės neturi kaimynų išorėje, o susidaranti traukos jėga nukreipta į skysčio vidų. Dėl to visas vandens paviršius, veikiamas šių jėgų, linkęs susitraukti. Apibendrinant, dėl šio poveikio susidaro vadinamoji paviršiaus įtempimo jėga, kuri veikia išilgai skysčio paviršiaus ir ant jo susidaro tam tikra nematoma, plona ir elastinga plėvelė.
Viena iš paviršiaus įtempimo efekto pasekmių yra ta, kad norint padidinti skysčio paviršiaus plotą – jo tempimą, reikia atlikti mechaninį darbą, kad būtų įveiktos paviršiaus įtempimo jėgos. Vadinasi, jei skystis paliekamas vienas, jis linkęs įgauti tokią formą, kad jo paviršiaus plotas būtų minimalus. Ši forma, žinoma, yra sfera – štai kodėl lietaus lašai skrendant įgauna beveik sferinę formą (sakau „beveik“, nes skrendant lašai dėl oro pasipriešinimo šiek tiek išsitampo). Dėl tos pačios priežasties vandens lašai ant ką tik vaškuoto automobilio kėbulo kaupiasi karoliukais.
Paviršiaus įtempimo jėgos naudojamos pramonėje, ypač liejant sferines formas, pavyzdžiui, šautuvų granules. Išlydyto metalo lašams tiesiog leidžiama sustingti skrydžio metu, kai jie nukrenta iš pakankamo aukščio, o jie patys sukietėja į kamuoliukus, kol nukrenta į priėmimo indą.
Galime pateikti daug pavyzdžių, kaip paviršiaus įtempimo jėgos veikia kasdieniame gyvenime. Veikiant vėjui, vandenynų, jūrų ir ežerų paviršiuje susidaro raibuliukai, o šie raibuliukai – tai bangos, kuriose vidinio vandens slėgio į viršų jėgą atsveria žemyn nukreipta paviršiaus įtempimo jėga. Šios dvi jėgos keičiasi, o ant vandens susidaro bangavimas, lygiai taip pat, kaip banga susidaro dėl kintamo muzikos instrumento stygos tempimo ir suspaudimo.
Ar skystis susirinks į „karoliukus“, ar pasklis lygiu sluoksniu ant kieto paviršiaus, priklauso nuo tarpmolekulinės sąveikos jėgų skystyje, sukeliančių paviršiaus įtampą, ir traukos tarp skysčio molekulių ir skysčio molekulių santykio. kieto paviršiaus. Pavyzdžiui, skystame vandenyje paviršiaus įtempimo jėgas sukelia vandeniliniai ryšiai tarp molekulių ( cm. Cheminiai ryšiai). Stiklo paviršių drėkina vanduo, nes stikle yra gana daug deguonies atomų, o vanduo lengvai sudaro vandenilinius ryšius ne tik su kitomis vandens molekulėmis, bet ir su deguonies atomais. Jei sutepsite stiklo paviršių riebalais, vandeniliniai ryšiai nesusidarys su paviršiumi, o vanduo, veikiamas vidinių vandenilinių jungčių, susiburs į lašelius, kurie lemia paviršiaus įtempimą.
Chemijos pramonėje į vandenį dažnai dedama specialių drėkinančių medžiagų - aktyviosios paviršiaus medžiagos, - neleidžia vandeniui kauptis lašams ant bet kokio paviršiaus. Jų dedama, pavyzdžiui, į skystus indaplovių ploviklius. Patekusios į paviršinį vandens sluoksnį, tokių reagentų molekulės pastebimai susilpnina paviršiaus įtempimo jėgas, vanduo nesikaupia lašeliais ir po džiovinimo ant paviršiaus nepalieka nešvarių dėmių ( cm.
Skysčio molekulės yra taip arti viena kitos, kad traukos jėgos tarp jų yra reikšmingos; šios jėgos sukuria paviršiaus įtempimą, veikiančią laisvojo paviršiaus plokštumoje. Paviršiaus įtempimas aiškiausiai parodomas eksperimentuose su skystomis plėvelėmis. Kai kurie skysčiai, pavyzdžiui, muiluotas vanduo, gali sudaryti plonas plėveles. Jei vielinį rėmą, kurio viena iš kraštų yra kilnojama (8.3 pav.), nuleisite į muilo tirpalą, o paskui nuimsite, jis bus padengtas muilo plėvele. Paviršiaus įtempimo sukuriama jėga, veikiama skersinio strypo, priverčia skersinį pakyla aukštyn. Kad skersinis nejudėtų, reikia nuo jo pakabinti krovinį
Parinkime vienetinį segmentą savavališkame skysčio paviršiuje (8.4 pav., a). Pasirinktą vienetinį ilgio elementą veikia jam normali ir paviršiaus liestinė jėga, kuri vadinama paviršiaus įtempimo koeficientu arba tiesiog paviršiaus įtempimu. Paviršiaus įtempis yra lygus jėgai, veikiančiai ilgio vienetą ir nukreiptai į ilgio elementą statmenai ir liečiančiai skysčio paviršių. Vertė matuojama dyn/cm ir
Paviršiaus įtempis mažėja didėjant temperatūrai ir kritiniame taške yra lygus nuliui. Priemaišos labai veikia vertę
paviršiaus įtempimas. Taigi, pavyzdžiui, grynam vandeniui kambario temperatūroje dyne/cm, tirpinant muilą ši vertė sumažėja iki 45 dyne/cm, o tirpinant valgomąją druską, priešingai, ji padidėja.
8.4 pav., b paaiškina paviršiaus įtempimo kilmę. Molekulės žymimos taškais vieneto segmente. Jėgos apibūdina vidutinę pasirinktų molekulių sąveiką su kitomis skysčio paviršiaus molekulėmis. Akivaizdu, kad jei ilgio vienete yra X dalelių, tada
Grįžkime prie 8.3 pav. Paviršiaus įtempimo jėgas, veikiančias judamąjį skersinį, lemia gaminys:
kur I yra skersinio ilgis, o koeficientas 2 atsižvelgia į dvigubą plėvelės paviršių. Jei esant pastoviai temperatūrai, plėvelė ištempiama išorinių jėgų taip, kad skersinis pasislenka tam tikru atstumu (8.3 pav. padėtis), tai paviršiaus įtempimo jėgų atliktas darbas bus lygus:
kur yra skysčio paviršiaus pokytis (abiejose plėvelės pusėse). Gauta išraiška leidžia mums pateikti kitokį apibrėžimą
Paviršiaus įtempimo koeficientas skaitine prasme yra lygus darbui, kurio reikia norint suformuoti naujo paviršiaus ploto vienetą esant pastoviai temperatūrai.
Paviršinio sluoksnio molekules, be jėgų, veikiančių išilgai paviršių, veikia normaliai paviršiui į skystį nukreiptos jėgos (8.5 pav.); pastarieji yra traukos iš giliųjų terpės sluoksnių molekulių rezultatas.
Didėjant skysčio paviršiui, dalis jo molekulių juda iš gelmės į paviršių, o dirbama prieš jėgas ir didėja paviršinio sluoksnio potenciali energija.
Pirmasis termodinamikos dėsnis, atsižvelgiant į paviršiaus įtempimo jėgų darbą, gali būti parašytas forma
Jei izoterminis skysčio būsenos pokytis susideda tik iš jo paviršiaus ploto sumažėjimo, tai išorinio slėgio darbą galima nepaisyti ir užrašyti.
Įkeliama...
