Povrinski napon l l l Povrinski napon je

Površinski napon l l l Površinski napon je privlačna osobina površine tečnosti. On uzrokuje da površina dela tečnosti bude privučena do druge površine. Površinski napon tečnosti zavisi od intenziteta međumolekulskih sila privlačenja unutar tečnosti. Primijenjujući Njutnovu fiziku na sile koje nastaju zbog površinskog napona, možemo tačno predvideti mnoga ponašanja tečnosti koja su tako uobičajna da ih većina ljudi uzima zdravo za gotovo. Primenjujući zakone termodinamike na te iste sile, možemo predvideti i suptilnija ponašanja tečnosti. Površinski napon ima dimenziju: sila po jedinici dužine, ili energija po jedinici površine. Ove dve jedinice su ekvivalentne - ali kada se govori o energiji po jedinici površine, ljudi najčešće koriste termin površinska energija - koji je uopšteniji termin u smislu da se primenjuje, takođe, i na vrsta č tela, a ne samo na tečnosti.

Uzrok l U masi tečnosti, svaki molekul biva privlačen jednako u svim pravcima od strane susednih molekula tečnosti, što rezultira rezultantom svih sila koja je jednaka nuli. Na površini tečnosti, molekuli bivaju privlačeni prema dole od strane molekula koji se nalaze dublje u tečnosti, dok ih molekuli u susednom mediju ne pravlače tim intenzitetom. Odatle, svi molekuli na površini su pod uticajem privlačne molekularne sile, koja se uravnotežuje jedino preko otpora te tečnosti na pritisak, što znači da nema rezultantne sile privlačenja molekula sa površine od strane molekula u dubini tečnosti. Međutim, postoji sila koja umanjuje površinu, te zbog ovoga površina tečnosti dobija rastegnutu elastičnu membranu. Zbog ovoga se tečnost stiska sve dok ne dobije lokalno najmanju moguću površinu. l Drugi način da ovo sagledamo je da molekul u kontaktu sa susednim molekulom ima niže energetsko stanje od slučaja kada nije u kontaktu sa susednim molekulom. Unutrašnji molekuli imaju sve susedne molekule koje mogu imati. Ali granični molekuli imaju manje susednih molekula od unutrašnjih, pa su, zbog toga, na višem energetskom stanju. Kako bi tečnost smanjila svoje energetsko stanje, mora smanjiti broj graničnih molekula, pa zbog toga, mora smanjiti svoju površinu. Insekt male težine ne može potonuti zbog površinskog napona.

Površinski sloj tečnosti l Na svaki molekul, koji je od površine tečnosti udaljen manje od poluprečnika molekularnog dejstva, deluje sila usmerena ka unutrašnjosti tečnosti i normalna na površinu tečnosti. Sloj tečnosti u kojem se nalaze svi takvi molekuli zove se površinski sloj tenčnosti.

Sile površinskog napona l l l Zbog težnje da smanji potencijalnu energiju, odnosno površinu, površinski sloj tečnosti ponaša se nalik zategnutoj opni po kojoj deluju elastične sile. Težnja tečnosti da ima minimalnu slobodnu površinu ispoljava se delovanjem sila površinskog napona. Sile površinskog napona deluju na svaki delić linije kojom je ograničena slobodna površina tečnosti. U svakoj tački pravac sile je normalan na tu graničnu liniju i tangentan na površinu tečnosti, a smer je prema unutrašnjosti konture. Kao izuzetan slučaj ispoljavanja sila površinskog napona, izdvajamo ove sile koje se javljaju pri kontaktu nekog čvrstog tela sa površinom tečnosti.

Intenzitet sile. Koeficijent površinskog napona l l Veličina kojom se kvantitativno izražava težnja tečnosti ka smanjenju površine zove koeficijent površinskog napona ( ): Koeficijent površinskog napona brojno je jednak sili površinskog napona po jedinici dužine konture kojom je ograničena slobodna površina tečnosti: l l l ∆l je dužina proizvoljno malog pravolinijskog dela konture ∆F je sila površinskog napona koji deluje na taj deo Ukupna sila površinskog napona za celu konturu dobija se vektorskim sabiranjem sila koje deluju na sve delove (ili deliće) te konture. Na pravolinijski deo konture, dužine l, deluje sila površinskog napona: Jedinica za koeficijent površinskog napona je 1 N/m

Koeficijent površinskog napona l Koficijent površinskog napona zavisi od prirode tečnosti. U znatnoj meri na njegovu vrednost utiču primese. I temperatura utiče na površinski napon: ako je temperatura viša, manja je razlika izmedju gustine tečnosti i gustine pare iznad nje, pa je jači uticaj molekula pare na molekule na površini tečnosti – zato je koeficijent površinskog napona tečnosti manji. Tečnost (N 1/m) na 20 °C t. k. (°C) Voda 0. 0728 100 Benzol 0. 0289 80. 1 Toluol 0. 0284 110. 6 Hloroform 0. 0271 61 Aceton 0. 0237 56. 5 Metanol 0. 0226 64. 7 Etanol 0. 0223 78. 15 Etar 0. 0170 34. 6

Pirmer žičanog rama sa pokretnom prečagom Opna od sapunice na ramu sa jednom pokretnom stranom. Koeficijent površinskog napona brojno je jednak promeni energije površinskog sloja tečnosti pri jediničnoj promeni slobodne površine.

l l Na slici su prikazane sile kojima cev deluje na površinu tečnosti na dva dijametralno suprotna delića dodirne linije. Sila F deluje na delić dužine l, pa je njen intenzitet: F= l Svaka takva sila može se razložiti na komponentu paralelnu sa zidom cevi i komponentu normalnu na zid cevi. Rezultujuća sila kojom zidovi cevi deluju na površinu tečnosti deluje u pravcu paralelnom zidovima intenzitet: l. U uskoj kružnoj cevi površina tečnosti je deo sfere. Na svakom deliću kružne dodirne linije površine tečnosti i cevi deluju sile površinskog napona. tj.

Kvašenje i nekvašenje l l l Ugao izmedju tangente na površinu tečnosti i površine tvrdog tela sa kojom se tečnost dodiruje zove se granični ugao. Ako je granični ugao oštar, tečnost kvasi telo. Ukoliko je granični ugao tup, tečnost ne kvasi telo.

Kohezija i adhezija l l l Slika 1 l l Slika 2 Molekuli u tečnostima osećaju jake međumolekularne sile Ako sile deluju između istovrsnih molekula zovu se kohezione sile Na primer, kohezione sile drže kap vode na okupu Adhezione sile su sile izmedju različitih molekula, npr. vode I stakla posude u kojoj se voda nalazi Ako su adhezione sile imeđu vode i zida posude jače od kohezionih tada se voda penje uz zid posude. (slika 1. ) Ako su kohezione sile jače tada se voda spušta niz zidove posude (slika 2. ) Primeri: voda se penje, a živa spušta uz zidove posude

Menisk l Kada se tečnost nalazi u širokom sudu, izdizanje (odnosno spuštanje) površine primećuje se samo uz zidove suda; u najvećem delu površina tečnosti je ravna (horizontalna). U uskim cevima, madjutim, taj ravan deo praktično ne postoji: površina tečnosti je kriva I zove se menisk. Ako cevčica ima kružni poprečni presek, menisk je deo sferne površine: konveksne pri nekvašenju, a konkavne pri kvašenju.

Pritisak ispod zakrivljene površine tečnosti l Kada je slobodna površina tečnosti kriva, pritisak iznad I ispod nje nije isti. l Kod konkavnih (udubljenih) površina veći je pritisak iznad, a kod konveksnih (ispupčenih) pritisak je veći ispod površine. Razlika pritisaka ispod i iznad slobodne površine tečnosti zove se dopunski pritisak ili pritisak ispod zakrivljene površine: l

Dopunski pritisak za sfernu površinu l. Dopunski pritisak ispod sferne površine tečnosti, poluprečnika R, oredjen je formulom: Laplasova formula dopunski pritisak u mehuru

Pritisak u krivim graničnim površinama – Laplasova formula l Za proizvoljnu graničnu površinu koja ima uzajamno normalne poluprečnike krivina R 1 i R 2, kao na slici, razlika pritisaka sa leve i desne krive površine ( p p 0, jer je kriva ispupčena na desnu stranu) iznosi:

Dopunski pritisak kod tečnosti u uskoj cevi l U uskoj cevi kružnog poprečnog preseka slobodna površina tečnosti je deo sfere – konveksan ili konkavan menisk l Dopunski pritisak u slučaju kvašenja i u slučaju nekvašenja može se predstaviti jednom istom formulom. tj. l Razlika pritisaka ispod i iznad površine tečnosti u cevi unutrašnjeg poluprečnika r odredjena je formulom:

Primeri površinskog napona Fotografija tekuće vode koja prijanja Mehurić balansira sile uz ruku. Površinski napon stvara površinskog napona sa sloj vode između strujanje i ruke. unutrašnjim pneumatskim pritiskom. Metalna spajalica pluta na vodi. Površinski napon sprečava da novčić potone: novčić je gušći od vode, tako da ne može plutati samo zbog potiska. Celi cvet leži ispod nivoa (nerasporođene) slobodne površine. Voda se blago uzdiže oko ivica cveta. Površinski napon sprečava da voda potopi cvet. Aluminijumski novčić pluta na površini vode na 10 °C. Bilo koja dodatna težina potopila bi novčić do dna.