کشش سطحی: تفاوت میان نسخهها
←علت: اشتباهات اصلاح شد برچسبها: ویرایش همراه ویرایش از برنامهٔ همراه |
برچسبها: ویرایش همراه ویرایش از برنامهٔ همراه |
||
خط ۹: | خط ۹: | ||
هر [[مولکول]] مایع از سوی مولکولهای دیگرِ مایع ربوده میشود. مولکولهایی که درون حجم مایع هستند، از همه جهت ربوده میشوند و برایند نیروی وارد به آنها صفر است. اما مولکولهایی که در سطح مایع هستند، تنها از یک جهت از سوی دیگر مولکولها ربوده میشوند و نیروی ربایش در آن سوی مرز مایع (مثلاً از طرف مولکولهای هوا) به آنها کمتر است. بنابراین، به مولکولهای روی سطح مایع نیروی خالصی به سمت درون وارد میشود که این نیرو با مقاومت مایع در برابر فشردهشدن خنثی میشود. در نتیجه، نیرویی در مایع به وجود میآید که میخواهد سطح مایع را کم کند. از همین رو سطح مایع به شکل ورقهای الاستیک عمل میکند و آن قدر جمع میشود که کمترین سطح ممکن را داشته باشد. |
هر [[مولکول]] مایع از سوی مولکولهای دیگرِ مایع ربوده میشود. مولکولهایی که درون حجم مایع هستند، از همه جهت ربوده میشوند و برایند نیروی وارد به آنها صفر است. اما مولکولهایی که در سطح مایع هستند، تنها از یک جهت از سوی دیگر مولکولها ربوده میشوند و نیروی ربایش در آن سوی مرز مایع (مثلاً از طرف مولکولهای هوا) به آنها کمتر است. بنابراین، به مولکولهای روی سطح مایع نیروی خالصی به سمت درون وارد میشود که این نیرو با مقاومت مایع در برابر فشردهشدن خنثی میشود. در نتیجه، نیرویی در مایع به وجود میآید که میخواهد سطح مایع را کم کند. از همین رو سطح مایع به شکل ورقهای الاستیک عمل میکند و آن قدر جمع میشود که کمترین سطح ممکن را داشته باشد. |
||
راه دیگر برای توضیح کشش سطحی این است که یک مولکول اگر در کنار مولکول همسایهاش باشد، انرژیاش کمتر از وقتی است که کنار آن همسایه نباشد. مولکولهای درونی بیشترین تعداد همسایههای ممکن را دارند. ولی مولکولهایی که در سطح هستند همسایههای کمتری دارند و بنابراین انرژیشان بیشتر از انرژی مولکولهای درونی است. بنابراین، وقتی که مایع میخواهد انرژی کلاش را [[کمینه]] کند، میکوشد |
راه دیگر برای توضیح کشش سطحی این است که یک مولکول اگر در کنار مولکول همسایهاش باشد، انرژیاش کمتر از وقتی است که کنار آن همسایه نباشد. مولکولهای درونی بیشترین تعداد همسایههای ممکن را دارند. ولی مولکولهایی که در سطح هستند همسایههای کمتری دارند و بنابراین انرژیشان بیشتر از انرژی مولکولهای درونی است. بنابراین، وقتی که مایع میخواهد انرژی کلاش را [[کمینه]] کند، میکوشد تا از شمار مولکولهای سطحیاش بکاهد، و این یعنی یک مایع میخواهد کمترین سطح ممکن را داشته باشد. |
||
برای کاستن از سطح، یک مایع همیشه هموارترین شکل ممکن را در سطح خود میگیرد (اثبات ریاضی این که چرا هموارترین سطح متناظر است با کمترین مساحت نیازمند [[قضیه اویلر-لاگرانژ|قضیهٔ اویلر-لاگرانژ]] است). هر خمیدگی تازه بر روی سطح به مساحت بیشتر و در نتیجه انرژی بیشتر میانجامد. |
برای کاستن از سطح، یک مایع همیشه هموارترین شکل ممکن را در سطح خود میگیرد (اثبات ریاضی این که چرا هموارترین سطح متناظر است با کمترین مساحت نیازمند [[قضیه اویلر-لاگرانژ|قضیهٔ اویلر-لاگرانژ]] است). هر خمیدگی تازه بر روی سطح به مساحت بیشتر و در نتیجه انرژی بیشتر میانجامد. |
نسخهٔ ۸ ژانویهٔ ۲۰۱۶، ساعت ۱۴:۰۱
کشش سطحی (به انگلیسی: Surface tension) ویژگیای در مایعها است که باعث میشود لایه بیرونی آنها به صورت ورقهای کشسان عمل کند. این همان ویژگیای است که موجب ربایش دو سطح مایع به یکدیگر میشود؛ مانند دو قطرهٔ آب که همدیگر را میربایند و قطرهٔ بزرگتری میسازند. کشش سطحی کمیتی است که بعد نیرو در واحد طول یا انرژی در واحد سطح دارد و در فیزیک معمولاً با نشان داده میشود. کشش سطحی را همچنین میتوان مقدار کار لازم برای ایجاد واحد سطح مشترک جدید در نظر گرفت.
علت
هر مولکول مایع از سوی مولکولهای دیگرِ مایع ربوده میشود. مولکولهایی که درون حجم مایع هستند، از همه جهت ربوده میشوند و برایند نیروی وارد به آنها صفر است. اما مولکولهایی که در سطح مایع هستند، تنها از یک جهت از سوی دیگر مولکولها ربوده میشوند و نیروی ربایش در آن سوی مرز مایع (مثلاً از طرف مولکولهای هوا) به آنها کمتر است. بنابراین، به مولکولهای روی سطح مایع نیروی خالصی به سمت درون وارد میشود که این نیرو با مقاومت مایع در برابر فشردهشدن خنثی میشود. در نتیجه، نیرویی در مایع به وجود میآید که میخواهد سطح مایع را کم کند. از همین رو سطح مایع به شکل ورقهای الاستیک عمل میکند و آن قدر جمع میشود که کمترین سطح ممکن را داشته باشد.
راه دیگر برای توضیح کشش سطحی این است که یک مولکول اگر در کنار مولکول همسایهاش باشد، انرژیاش کمتر از وقتی است که کنار آن همسایه نباشد. مولکولهای درونی بیشترین تعداد همسایههای ممکن را دارند. ولی مولکولهایی که در سطح هستند همسایههای کمتری دارند و بنابراین انرژیشان بیشتر از انرژی مولکولهای درونی است. بنابراین، وقتی که مایع میخواهد انرژی کلاش را کمینه کند، میکوشد تا از شمار مولکولهای سطحیاش بکاهد، و این یعنی یک مایع میخواهد کمترین سطح ممکن را داشته باشد.
برای کاستن از سطح، یک مایع همیشه هموارترین شکل ممکن را در سطح خود میگیرد (اثبات ریاضی این که چرا هموارترین سطح متناظر است با کمترین مساحت نیازمند قضیهٔ اویلر-لاگرانژ است). هر خمیدگی تازه بر روی سطح به مساحت بیشتر و در نتیجه انرژی بیشتر میانجامد.
نمایش سطحهای کمینه با سطح مایع
اگر بخواهیم رویهٔ دوبعدیای را بیابیم که میان مرزهای مشخصی قرار بگیرد و کمترین سطح ممکن را داشته باشد، شاید با ریاضیات به سختی به نتیجه برسیم. ولی به جایش میتوانیم مرزها را با سیم بسازیم و آن را درون ظرفی پر از آب و صابون فرو ببریم. لایهٔ حباب صابونی که بین سیمها ساخته میشود به تقریب نشاندهندهٔ رویهای با کمترین سطح ممکن است (اگر گرانش زمین نبود دقیقاً کمترین سطح را میساخت).[۱]
اثرها
اثر مویینگی
اثر مویینگی یعنی بالاآمدن سطح مایع درون لولهای که درون مایع فروبرده شده است. اگر لوله به قدر کافی باریک باشد و چسبندگی آب به لوله زیاد باشد، کشش سطحی میتواند آب را در لوله بالا بکشد. ارتفاع آب بالاآمده برابر است با
که در آن
- ارتفاع مایع بالاآمده است
- کشش سطحی بین مایع و هواست.
- چگالی مایع است.
- شعاع لولهٔ مویین است.
- شتاب گرانش است.
- زاویهٔ تماس مایع و سطح لوله است. اگر بیشتر از ۹۰° باشد، مثل جیوه در لولهٔ شیشهای، مایع به جای بالاآمدن پایین میرود.
شکستن جریان مایع به قطره
جریان آبی که از شیر میآید، هر چهقدر هم که یکنواخت باشد، قطرهقطره میشود. این به خاطر پدیدهای به نام ناپایداری پلاتو-ریلی است.[۲] که خود پیامد مستقیمی از کشش سطحی است.
اثر ساختارهای یونی بر کشش سطحی
کشش سطحی آب در صفر درجه سانتیگراد برابر با 75.64 dyn/cm است درحالیکه کشش سطحی برای یک محلول 6M نمک طعام برابر 82.55 dyn/cm است، زیرا کشش سطحی درواقع نتیجه ی نیروهای واندروالسی میان مولکولی است و هر چه این نیروها قویتر باشند، کشش سطحی نیز بیشتر می شود. افزایش ذره ای قطبی و یونی مانند سدیم کلرید به آب مایه آن می شود که جاذبه ی میان ذرات بیشتر شود ،زیرا جاذبه ی میان ذرات یونی و مولکولهای آب قویتر از جاذبه ی میان مولکولهای آب به تنهایی است، بنابراین کشش سطحی در این محلول های بیشتر از کشش سطحی آب خالص است.[۳]
اثر ساختار های مولکولی بر کشش سطحی
ساختارهای مولکولی مایه از میان رفتن ویژگی کشش سطحی مایعات می شوند ، مانند مواد شوینده که با شکستن کشش سطحی آب مایه رفتن مواد پاک کننده و آب به درون پارچه شده و پارچه را تمیز می کنند البته شکسته شدن کش سطحی مایعات تنها تا نقطه بحرانی (CMC) صورت میگیرد و پس از آن کشش سطحی ثابت می ماند بنابراین بکاگیری از غلظت های بالای ساختارهای مولکولی مانند مواد شوینده مایه شکسته شدن بیشتر کشش سطحی نمی شود .
کشش سطحی در پدیدههای روزمره
کشش سطحی آب:
- دانهدانهشدن قطرههای باران روی سطح خودرو. آب به سطوح روغنی بسیار کم جذب میشود و به خودش بهشدت جذب میشود. از همین رو، روی سطح خودرو قطره تشکیل میدهد.
کشش سطحی در پدیدههای دیگری هم رخ میدهد، مثلاً در موادی که کشش سطحی آنها کم است:
- حباب صابون سطح بسیار بزرگی با مادهٔ بسیار کمی دارد. قطرههایی که از آب ساختهشدهاند ناپایدارند.
نگارخانه
جستارهای وابسته
منابع
در ویکیانبار پروندههایی دربارهٔ کشش سطحی موجود است. |
- ↑ Aaronson, Scott, SIGACT News (به انگلیسی)
{{citation}}
:|مقاله=
ignored (help); External link in
(help); Missing or empty|مقاله=
|title=
(help)نگهداری یادکرد:نامهای متعدد:فهرست نویسندگان (link) - ↑ Pierre-Gilles de Gennes, Françoise Brochard-Wyart, David Quéré (2002), Capillary and Wetting Phenomena — Drops, Bubbles, Pearls, Waves (به انگلیسی), به کوشش Alex Reisinger (translator)., Springer
{{citation}}
: نگهداری یادکرد:نامهای متعدد:فهرست نویسندگان (link) - ↑ واحد مشاوره موسسه تبیان ا