Επιφανειακή ένταση | Όλα είναι σημαντική ιδέα

Συνοχή και προσκόλληση

Πρώτα απ 'όλα προσπαθούμε να κατανοήσουμε μερικούς όρους χρήσιμους στη μελέτη επιφανειακής τάσης. Το υγρό έχει ιδιότητες όπως η Συνοχή. Συνοχή είναι μια ιδιότητα στην οποία ένα μόριο υγρού προσελκύει ένα άλλο πιο κοντά μόριο. Προσκόλληση είναι μια ιδιότητα στην οποία τα ρευστά μόρια προσελκύονται από στερεά επιφανειακή επαφή με αυτό. Εν ολίγοις, μπορούμε να πούμε ότι η δύναμη μεταξύ παρόμοιων μορίων είναι Συνοχή και η δύναμη μεταξύ ανόμοιων μορίων είναι πρόσφυση.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα.

Εάν ρίξουμε σταγόνα υδραργύρου σε οποιαδήποτε επιφάνεια, προσπαθεί να σχηματιστεί σταγονίδιο επειδή η Συνοχή είναι υψηλότερη από τη δύναμη πρόσφυσης. Θα λάβετε μια ειδοποίηση ότι το σταγόνα υδραργύρου δεν κολλά στην στερεά επιφάνεια. Ο Ερμής θα προσπαθήσει να μείνει μακριά από τη συμπαγή επιφάνεια. δεν θα βρέξει στερεά επιφάνεια.

Τώρα ας πάρουμε ένα άλλο παράδειγμα εάν θεωρήσουμε ότι τα σωματίδια νερού πέφτουν στην επιφάνεια. Θα απλωθεί σε όλη την επιφάνεια του σκυροδέματος. Συμβαίνει επειδή η δύναμη συγκόλλησης είναι πιο σημαντική από τη συνεκτική δύναμη σε αυτήν την περίπτωση. Η γωνία επαφής μεταξύ του υγρού και της στερεάς επιφάνειας μπορεί να περιγράφει τη διαβροχή και τη μη διαβροχή της επιφάνειας.

Επιφανειακή τάση
Υγρό και μη διαβροχή υγρού μονάδες Χισόκι

Ανατρέξτε στην παραπάνω εικόνα το υγρό αέριο και η στερεή επιφάνεια διασυνδέουν το υγρό όπου η στερεά επιφάνεια όταν η γωνία είναι μικρότερη από 90 μοίρες (π / 2). Η διαβροχή της επιφάνειας αυξάνεται με τη μείωση της γωνίας. Εάν η γωνία είναι μεγαλύτερη από 90 μοίρες, το υγρό δεν θα βρέξει στερεά επιφάνεια. Η γωνία εξαρτάται από τη φύση της επιφάνειας, τους τύπους υγρού, τη στερεή επιφάνεια και την καθαριότητα.

Εάν θεωρούμε ότι το καθαρό νερό έρχεται σε επαφή με την καθαρή γυάλινη επιφάνεια. Η γωνία είναι 0 (μηδέν) βαθμός σε αυτήν την περίπτωση. Αν προσθέσουμε ακαθαρσίες στο νερό: Η γωνία θα αυξηθεί με την προσθήκη ακαθαρσιών. Όπως έχουμε συζητήσει, ο υδράργυρος είναι υγρό χωρίς διαβροχή, οπότε η γωνία κυμαίνεται από 130 έως 150 μοίρες.

Επιφανειακή τάση

Σε υγρό, τα μόρια βρίσκονται κάτω από την ελεύθερη επιφάνεια. Κάθε μόριο υγρού προσελκύει το μόριο που βρίσκεται κοντά. Η μοριακή δύναμη συνοχής είναι η ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. Όλες οι δυνάμεις είναι ίδιες σε μέγεθος και αντίθετες προς την κατεύθυνση. Έτσι, θα ακυρωθεί σε υγρό. Μπορεί να είναι ο λόγος για την ισορροπία στο υγρό. Δεν υπάρχει προκύπτουσα δύναμη στο υγρό.

Ας υποθέσουμε ότι θεωρήσαμε ανώτατα μόρια υγρού που βρίσκονται σε ελεύθερη επιφάνεια καθώς γνωρίζουμε ότι δεν υπάρχουν υγρά μόρια πάνω τους. Εδώ, προσελκύονται από υγρά μόρια που βρίσκονται κάτω από αυτά. Αυτά τα ελεύθερα επιφανειακά υγρά μόρια θα αισθάνονται δύναμη έλξης στο εσωτερικό του υγρού. Αυτή η δύναμη ενεργεί σαν ελαστική δύναμη. Η δαπάνη ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται επιφανειακή τάση.

Η επιφανειακή τάση δηλώνεται από το Sigma (σ). Η επιφανειακή τάση συμβαίνει στη διεπαφή υγρού-αερίου, στη διεπαφή υγρού-υγρού. Ο λόγος πίσω από την επιφανειακή τάση είναι μια διαμοριακή έλξη λόγω της συνοχής.

Ας το καταλάβουμε σε βάθος εξετάζοντας ορισμένα πρακτικά παραδείγματα,

  • Έχετε δει υγρό σταγονίδιο σφαιρικού σχήματος. Ο λόγος πίσω από το σφαιρικό του σχήμα είναι η επιφανειακή τάση.
  • Μπορεί να παρατηρήσετε ότι αν ρίξουμε καλά νερό μέσα στο ποτήρι. Ακόμα κι αν το ποτήρι είναι γεμάτο, μπορούμε να προσθέσουμε λίγο νερό πάνω από το όριο του γυαλιού.
  • Ας υποθέσουμε ότι θα πειραματιστούμε με ένα λεπτό γυάλινο σωλήνα στην επιφάνεια του νερού. Μπορούμε να παρατηρήσουμε γρήγορα μια τριχοειδή άνοδο και κατάθλιψη μέσα σε ένα λεπτό γυάλινο σωλήνα.
  • Τα πουλιά μπορούν να πίνουν νερό από το υδάτινο σώμα λόγω επιφανειακής τάσης.

Αν και η πίεση και η δύναμη βαρύτητας είναι υψηλότερη από τη δύναμη επιφανειακής τάσης, η δύναμη επιφανειακής τάσης παίζει σημαντικό ρόλο όταν υπάρχουν ελεύθερες επιφάνειες και μικρές διαστάσεις. Η μονάδα επιφανειακής τάσης είναι N / m. Το μέγεθος της επιφανειακής τάσης εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες:

  • Τύπος υγρού
  • Τύπος περιβάλλοντος αερίου, υγρού ή στερεού
  • Η κινητική ενέργεια των μορίων
  • Θερμοκρασία μορίων

Εάν αυξήσουμε τη θερμοκρασία της ουσίας όπως το υγρό, η διαμοριακή έλξη μειώνεται επειδή αυξάνεται η απόσταση μεταξύ των μορίων. Η επιφανειακή τάση εξαρτάται από τη διαμοριακή έλξη (Συνοχή). Η τιμή της επιφανειακής τάσης για υγρό λαμβάνεται για τον αέρα ως περιβάλλον μέσο,

Η επιφανειακή τάση για τη διεπαφή αέρα-νερού είναι 0.073 N / m.

Η τιμή της επιφανειακής τάσης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Τριχοειδής

Εάν ένας στενός σωλήνας βυθιστεί στο νερό, το νερό θα ανυψωθεί μέσα στο σωλήνα σε ένα ορισμένο επίπεδο. Αυτός ο τύπος σωλήνα ονομάζεται α τριχοειδή σωλήνα, και αυτό το φαινόμενο ονομάζεται τριχοειδές αποτέλεσμα. Ένα άλλο όνομα του τριχοειδούς αποτελέσματος είναι το φαινόμενο μηνίσκου.

Το τριχοειδές αποτέλεσμα οφείλεται στην επιφανειακή τάση. Η τριχοειδής άνοδος και η κατάθλιψη συμβαίνουν λόγω της ενδομοριακής έλξης συνοχής και πρόσφυσης. Η δύναμη πρόσφυσης μεταξύ της επιφάνειας του σωλήνα και ενός μορίου νερού είναι υψηλότερη από τη δύναμη της συνοχής μεταξύ των μορίων νερού. Εξαιτίας αυτού, τα μόρια νερού μπορούν να παρατηρηθούν σε κοίλο σχήμα στην επιφάνεια του σωλήνα.

Βάρος ανύψωσης ή συμπίεσης υγρού σε σωλήνα μικρής διαμέτρου

= (Περιοχή σωλήνα * Άνοδος ή πτώση) * (ειδικό βάρος)

= (π / 4 * d2* η) β

Στοιχείο κατακόρυφης δύναμης επιφανειακής τάσης

= σ cosθ * περιφέρεια

= σ cosθ * πd

Εάν εξετάσουμε την ισορροπία τότε η ανοδική δύναμη εξισορροπεί την καθοδική δύναμη, έτσι το συστατικό της δύναμης δίνεται ως,

(π / 4 * δ2 * h * w) = σ cosθ * πd

H = (4 σ cosθ / wd)

Τριχοειδή σωλήνα

Μπορεί να παρατηρηθεί από μια γωνία ότι εάν η γωνία είναι μεταξύ 0 και 90 μοιρών, η τιμή του h είναι θετικός, σχηματισμός κοίλου σχήματος και τριχοειδής άνοδος. Εάν η γωνία είναι μεταξύ 90 και 180 μοιρών, το h είναι αρνητικός, κυρτός σχηματισμός και τριχοειδής κατάθλιψη.

Εάν το υγρό είναι υδράργυρος, τότε το αποτέλεσμα στρέφεται τελείως το αντίθετο. Στην περίπτωση του Ερμή, η δύναμη Συνοχής είναι πιο σημαντική από τη δύναμη πρόσφυσης. Εξαιτίας αυτών, τα μόρια υδραργύρου σχηματίζουν κυρτό σχήμα στην επιφάνεια του σωλήνα.

Το τριχοειδές αποτέλεσμα είναι αντιστρόφως ανάλογο με τη διάμετρο του σωλήνα. Εάν θέλετε να αποφύγετε το τριχοειδές αποτέλεσμα, τότε δεν πρέπει να επιλέξετε έναν σωλήνα μικρής διαμέτρου. Συνιστάται η ελάχιστη διάμετρος σωλήνα για νερό και ο υδράργυρος είναι 6 mm. Η επιφάνεια μέσα στο σωλήνα πρέπει να είναι καθαρή.

Εξάτμιση

Η εξάτμιση ορίζεται ως αλλαγή κατάστασης από υγρό σε αέριο. Ο ρυθμός λειτουργίας εξαρτάται από την κατάσταση πίεσης και θερμοκρασίας του υγρού.

Εξετάστε ένα παράδειγμα,

Ας υποθέσουμε ότι το υγρό βρίσκεται μέσα στο κλειστό δοχείο. Σε αυτό το δοχείο, τα μόρια ατμών κατέχουν κάποια πίεση. Ονομάζεται τάση ατμών. Εάν η πίεση ατμών αρχίσει να μειώνεται τότε το μόριο αρχίζει να φεύγει από την επιφάνεια του υγρού πολύ γρήγορα, αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως βρασμός.

Σε βρασμό, οι φυσαλίδες σχηματίζονται μέσα στο υγρό. Αυτή η φυσαλίδα ταξιδεύει κοντά σε υψηλότερη ζώνη πίεσης και καταρρέει λόγω υψηλότερης πίεσης. Αυτές οι καταρρέουσες φυσαλίδες ασκούν σημαντικά υψηλότερη πίεση περίπου 100 ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή η πίεση προκαλεί μηχανική διάβρωση στο μέταλλο. Συνήθως, αυτό το εφέ ονομάζεται Σπηλαίωση. Απαιτείται η μελέτη και ο σχεδιασμός υδροδυναμικών μηχανημάτων λαμβάνοντας υπόψη τη Σπηλαίωση.

Η σπηλαίωση έχει και τις δύο πλευρές ευεργετική και μη ευεργετική. Όπως γνωρίζουμε ότι η σπηλαίωση προκαλεί διάβρωση στο μέταλλο, έτσι δεν είναι ευεργετική

Ορισμένες νέες ερευνητικές περιοχές δείχνουν πρόσφατα ότι η υδροδυναμική σπηλαίωση είναι χρήσιμη για κάποια χημική επεξεργασία και επεξεργασία λυμάτων. Εδώ λοιπόν, η υδροδυναμική σπηλαίωση είναι μια ευεργετική ιδέα.

Η τάση ατμών του υγρού εξαρτάται σταθερά από τη θερμοκρασία: Αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε θερμοκρασία 20 ° C, η τάση ατμών του νερού είναι 0.235 N / cm2. Η τάση ατμών του υδραργύρου είναι 1.72 * 10-5 Ν / cm2.

Εάν θέλουμε να αποφύγουμε τη σπηλαίωση σε υδραυλικά μηχανήματα: Δεν πρέπει να αφήσουμε την πίεση υγρού να πέσει κάτω από την τάση ατμών στην τοπική θερμοκρασία.

Ίσως να έχετε σκεφτεί πολλές φορές ότι ο υδράργυρος χρησιμοποιείται μέσα στο θερμόμετρο και το μανόμετρο. Γιατί όχι άλλο υγρό;

Η απάντησή σας είναι εδώ. ο υδράργυρος έχει τη χαμηλότερη τιμή τάσης ατμών με υψηλή πυκνότητα. Το Mercury είναι κατάλληλο για χρήση σε θερμόμετρο και μανόμετρο. 

Βρείτε το τριχοειδές αποτέλεσμα σε σωλήνα διαμέτρου 4 mm. Όταν το υγρό είναι νερό

Ερωτήσεις & Απαντήσεις

1) Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Συνοχής και πρόσφυσης;

Η συνοχή είναι μια δύναμη έλξης των μορίων μεταξύ της ίδιας ύλης ενώ η πρόσφυση είναι μια έλξη μεταξύ των μορίων διαφορετικής ύλης.

2) Ο Ερμής προσπαθεί να μείνει μακριά από την επιφάνεια, γιατί;

Στον υδράργυρο, η δύναμη συνοχής είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη πρόσφυσης. Εξαιτίας αυτού, ο υδράργυρος ονομάζεται υγρό μη διαβροχής.

3) Ποια είναι η κατάσταση για διαβροχή και μη διαβροχή υγρού με την επιφάνεια;

Το υγρό θα βρέξει η στερεά επιφάνεια είναι μικρότερη από 90 μοίρες. Εάν η γωνία είναι μεγαλύτερη από 90 μοίρες, τότε το υγρό δεν θα βρέξει τη στερεά επιφάνεια.

4) Εξηγήστε για την επιφανειακή τάση

Τα υγρά μόρια στην ελεύθερη επιφάνεια προσελκύονται από υγρά μόρια που βρίσκονται κάτω από αυτά. Αυτά τα ελεύθερα επιφανειακά υγρά μόρια θα αισθάνονται δύναμη έλξης στο εσωτερικό του υγρού. Αυτή η δύναμη ενεργεί σαν ελαστική δύναμη. Η δαπάνη ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται επιφανειακή τάση. Η επιφανειακή ένταση δηλώνεται από το Sigma (σ). Η επιφανειακή τάση συμβαίνει στη διεπαφή υγρού-αερίου, στη διεπαφή υγρού-υγρού. Ο λόγος πίσω από την επιφανειακή τάση είναι μια διαμοριακή έλξη λόγω της συνοχής.

5) Δώστε μερικά πρακτικά παραδείγματα επιφανειακής τάσης.

  • Μπορεί να παρατηρήσετε ότι αν ρίξουμε καλά νερό μέσα στο ποτήρι. Ακόμα κι αν το ποτήρι είναι γεμάτο, μπορούμε να προσθέσουμε λίγο νερό πάνω από το όριο του γυαλιού.
  • Ας υποθέσουμε ότι θα πειραματιστούμε με ένα λεπτό γυάλινο σωλήνα στην επιφάνεια του νερού. Μπορούμε εύκολα να παρατηρήσουμε μια τριχοειδή άνοδο και κατάθλιψη μέσα σε ένα λεπτό γυάλινο σωλήνα.
  • Τα πουλιά μπορούν να πίνουν νερό από το υδάτινο σώμα λόγω επιφανειακής τάσης.

6) Ποια είναι η μονάδα επιφανειακής τάσης;

Η μονάδα επιφανειακής τάσης είναι N / m.

7) Δώστε την τιμή της επιφανειακής τάσης για τη διεπαφή αέρα-νερού και αέρα-υδραργύρου σε τυπική πίεση και θερμοκρασία.

Η επιφανειακή τάση για τη διεπαφή αέρα-νερού είναι 0.073 N / m.

Η επιφανειακή τάση για τη διεπαφή αέρα-υδραργύρου είναι 0.480 N / m.

8) Ποιο είναι το τριχοειδές αποτέλεσμα;

Εάν ο στενός σωλήνας βυθιστεί στο νερό, το νερό θα ανέβει μέσα στο σωλήνα σε ένα ορισμένο επίπεδο. Αυτός ο τύπος σωλήνα ονομάζεται τριχοειδής σωλήνας και αυτό το φαινόμενο ονομάζεται τριχοειδές αποτέλεσμα.

9) Υπάρχει σχέση μεταξύ της τριχοειδούς επίδρασης και της επιφανειακής τάσης; Εάν ναι, τι;

Ναί. Το τριχοειδές αποτέλεσμα οφείλεται στην επιφανειακή τάση. Η τριχοειδής άνοδος και η κατάθλιψη συμβαίνουν λόγω της ενδομοριακής έλξης συνοχής και πρόσφυσης.

10) Ορισμός: Βράσιμο, Σπηλαίωση

Βράσιμο: Οι φυσαλίδες ατμών σχηματίζονται μέσα στο υγρό λόγω αλλαγής θερμοκρασίας και πίεσης. Ο βρασμός είναι μια αλλαγή κατάστασης) από υγρό σε ατμό.

Σπηλαίωση: Ο σχηματισμός μιας φυσαλίδας ατμού μέσα σε μηχανήματα λόγω της πίεσης του υγρού πέφτει κάτω από την κορεσμένη τάση ατμών.

Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

1) Για υγρό διαβροχής, η γωνία επαφής θ πρέπει να είναι ________

(α) 0 (β) θ <π / 2                           (γ) θ> π / 2 (δ) Κανένα

2) Για υγρό χωρίς διαβροχή, η γωνία επαφής θ πρέπει να είναι ________

(α) 0 (β) θ <π / 2 (γ) θ> π / 2                            (δ) Κανένα

3) Η τιμή της επιφανειακής τάσης μειώνεται με __________

(α) Σταθερή πίεση

(Β) Αύξηση της θερμοκρασίας

(γ) Αύξηση πίεσης

(δ) Μείωση θερμοκρασίας

4) Εάν η γωνία τιμής κυμαίνεται μεταξύ 0 και 90, τότε τι συμβαίνει σε τριχοειδή επίδραση;

 (Α) h είναι θετικό με σχηματισμό κοίλου σχήματος

(β) το h είναι αρνητικό με σχηματισμό κοίλου σχήματος

(γ) το h είναι αρνητικό με σχηματισμό κυρτού σχήματος

(δ) το h είναι θετικό με κυρτό σχηματισμό σχήματος

5) Γιατί ο υδράργυρος χρησιμοποιείται στο θερμόμετρο και το μανόμετρο;

(α) Υψηλή τάση ατμών και χαμηλή πυκνότητα

(β) Υψηλή τάση ατμών και υψηλή πυκνότητα

(γ) Χαμηλή τάση ατμών και χαμηλή πυκνότητα

(Δ) Χαμηλή τάση ατμών και υψηλή πυκνότητα

6) Τι είναι περίπου. κατάρρευση της πίεσης των φυσαλίδων σε φαινόμενα σπηλαίωσης;

(α) Περίπου 20 ατμοσφαιρική πίεση

(β) Περίπου 50 ατμοσφαιρική πίεση

(γ) Περίπου 75 ατμοσφαιρική πίεση

(Δ) Περίπου 100 ατμοσφαιρική πίεση

7) Ποια είναι η τιμή της τάσης ατμών του νερού σε θερμοκρασία 20 ° C;

(α) 0.126 N / cm2

(β) 0.513 N / cm2

(Γ) 0.235 N / cm2

(δ) 0.995 N / cm2

8) Ποια είναι η τιμή της τάσης ατμών του υδραργύρου σε θερμοκρασία 20 ° C;

(α) 1.25 * 10-5 N / cm2

(Β) 1.72 * 10-5 N / cm2

(γ) 1.5 * 10-5 N / cm2

(δ) 1.25 N / cm2

Συμπέρασμα

Αυτό το άρθρο σας παρουσιάζεται για να κατανοήσετε την έννοια της επιφανειακής τάσης, της τριχοειδούς επίδρασης, της σπηλαίωσης, της εξάτμισης και των επιπτώσεών της. Μερικά από τα πρακτικά παραδείγματα περιλαμβάνονται σε αυτό το άρθρο για να το αντιπροσωπεύσετε πρακτικά. Η προσπάθεια έγινε για να σας κάνει να συσχετίσετε την έννοια της μηχανικής ρευστών με την καθημερινή σας ζωή.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη μηχανική ρευστών, παρακαλώ Κάνε κλικ εδώ.

Σχετικά με τον Deepakkumar Jani

Είμαι ο Deepak Kumar Jani, ακολουθώντας διδακτορικό στη Μηχανική - Ανανεώσιμη ενέργεια. Έχω πέντε χρόνια διδασκαλίας και διετή ερευνητική εμπειρία. Το αντικείμενο που ενδιαφέρομαι είναι η θερμική μηχανική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η Μηχανολογική μέτρηση, το Σχέδιο Μηχανικής, η Μηχανική Ρευστών κ.λπ. Έχω υποβάλει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την «Υβριδοποίηση πράσινης ενέργειας για παραγωγή ενέργειας». Έχω δημοσιεύσει 17 ερευνητικά έγγραφα και δύο βιβλία.
Χαίρομαι που είμαι μέλος του Lambdageeks και θα ήθελα να παρουσιάσω κάποια από τα στοιχεία μου με απλοϊκό τρόπο στους αναγνώστες.
Εκτός από τους ακαδημαϊκούς και την έρευνα, μου αρέσει η περιπλάνηση στη φύση, η σύλληψη της φύσης και η ευαισθητοποίηση για τη φύση μεταξύ των ανθρώπων.
Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/.
Ανατρέξτε επίσης στο κανάλι You-tube σχετικά με την «Πρόσκληση από τη Φύση»

Lambda Geeks