Υγρό:Επιφανειακή τάση

Η επιφανειακή τάση είναι η τάση των υγρών επιφανειών να συρρικνώνονται στη μικρότερη δυνατή επιφάνεια όταν βρίσκονται σε ηρεμία. Η επιφανειακή τάση είναι αυτό που επιτρέπει σε αντικείμενα με μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό, όπως ξυραφάκια και έντομα (όπως τα νερά), να επιπλέουν σε μια επιφάνεια νερού χωρίς καν να θάβονται μερικώς. Η επιφανειακή τάση αυξάνεται από την υψηλότερη έλξη των μορίων του υγρού μεταξύ τους (λόγω συνοχής) από τα μόρια του αέρα στις επαφές υγρού-αέρα (λόγω προσκόλλησης). οι δύο κύριοι μηχανισμοί που λειτουργούν εδώ. Το ένα αυξάνει  το υγρό για συμπίεση λόγω μιας ώθησης προς τα μέσα στα μόρια της επιφάνειας. Η δεύτερη είναι μια εφαπτομενική δύναμη παράλληλη στην επιφάνεια του υγρού. Το όνομα  επιφανειακή τάση δίνεται σε αυτήν την εφαπτομενική δύναμη. Ως αποτέλεσμα, το υγρό λειτουργεί σαν να περιβάλλεται από μια τεντωμένη ελαστική μεμβράνη. Ωστόσο, αυτό το παράλληλο πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή, επειδή η τάση σε μια ελαστική μεμβράνη καθορίζεται από τον βαθμό παραμόρφωσης, ενώ η επιφανειακή τάση είναι χαρακτηριστικό της διεπαφής υγρού-αέρα ή υγρού-ατμού.

Επιφανειακή τάση:

Μια ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση της επιφάνειας του υγρού κατά μία μονάδα είναι γνωστή ως επιφανειακή τάση. Η επιφανειακή τάση ενός υγρού προκαλείται από μια ανισορροπία των διαμοριακών ελκυστικών αλληλεπιδράσεων ή από τις δυνάμεις που συγκρατούν τα μόρια ενωμένα:

• Στο χύμα υγρό, ένα μόριο αντιμετωπίζει συνεκτικές δυνάμεις από άλλα μόρια προς όλες τις κατευθύνσεις.
• Ένα μόριο στην επιφάνεια του υγρού υπόκειται αποκλειστικά σε καθαρές προς τα μέσα συνεκτικές δυνάμεις.

Συγκολλητικές δυνάμεις

Η συγκολλητική δύναμη είναι η δύναμη έλξης μεταξύ μιας στερεής επιφάνειας και ενός υγρού. Η συμπεριφορά ενός υγρού σε επαφή με μια στερεά επιφάνεια καθορίζεται από τη διαφορά αντοχής μεταξύ των δυνάμεων συνοχής και της συγκολλητικής δύναμης.

• Επειδή οι δυνάμεις συνοχής μέσα στα σταγονίδια είναι ισχυρότερες από τις συγκολλητικές δυνάμεις μεταξύ των σταγόνων και του κεριού, το νερό δεν υγραίνει τις κερωμένες επιφάνειες.
• Επειδή οι συγκολλητικές δυνάμεις μεταξύ του υγρού και του γυαλιού είναι ισχυρότερες από τις δυνάμεις συνοχής μέσα στο νερό, το νερό βρέχει το γυαλί και απλώνεται σε αυτό.

Τριχοειδής δράση

Η άνοδος ενός υγρού που βρέχει το εσωτερικό ενός σωλήνα μικρής διαμέτρου (δηλαδή ενός τριχοειδούς) βυθισμένου στο υγρό είναι γνωστή ως τριχοειδής δράση.

• Το υγρό σέρνεται στο εσωτερικό του σωλήνα (λόγω των δυνάμεων συγκόλλησης μεταξύ του υγρού και των εσωτερικών τοιχωμάτων του σωλήνα) έως ότου το βάρος του υγρού εξισορροπήσει τις συγκολλητικές και συνεκτικές δυνάμεις του υγρού.
• Όσο υψηλότερα ανεβαίνει το υγρό, τόσο μικρότερη είναι η διάμετρος του σωλήνα.

Μονάδα επιφανειακής τάσης:Το Newton ανά μέτρο (N/m) είναι η μονάδα SI για την επιφανειακή τάση.

Επιφανειακή τάση σε υγρό: 

Τα μικρά αντικείμενα θα «επιπλέουν» στην επιφάνεια ενός ρευστού λόγω επιφανειακής τάσης, αρκεί να μην διαρρηγνύουν και να διασπάσουν το ανώτερο στρώμα των μορίων του υγρού. Εάν ένα αντικείμενο τοποθετηθεί στην επιφάνεια του ρευστού, η επιφάνεια υπό πίεση λειτουργεί ως ελαστική μεμβράνη.

Μέθοδοι μέτρησης:  Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα μεθόδων μέτρησης επιφανειακής τάσης:

• Μέθοδος περιστροφής
• Μέθοδος πτώσης μενταγιόν
• Μέθοδος Du Noüy–Padday
• Μέθοδος δακτυλίου Du Noüy
• Μέθοδος πλάκας Wilhelmy
• Μέθοδος πτώσης μενταγιόν
• Σταλαγμομετρική μέθοδος
• Μέθοδος τριχοειδούς ανύψωσης
• Μέθοδος πίεσης φυσαλίδων
• Η συχνότητα δόνησης των αιωρούμενων σταγόνων
• Μέθοδος άμισθης πτώσης

Παράγοντας που επηρεάζει την επιφανειακή τάση: 

Η επιφανειακή τάση είναι ένα υγρό φαινόμενο που δημιουργείται από μια ανισορροπία των μοριακών τάσεων κοντά στην επιφάνεια του υγρού. Η επιφανειακή τάση επηρεάζεται από παράγοντες που προκαλούν αλλαγές στις μοριακές δυνάμεις. Ο βαθμός επιφανειακής τάσης καθορίζεται από τη φύση του υγρού, το περιβάλλον του και την καθαρότητά του.

1. Διαλυτές ακαθαρσίες:Η επιφανειακή τάση μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί εάν οι προσμείξεις είναι διαλυτές. Όταν οι προσμείξεις είναι λιγότερο διαλυτές, η επιφανειακή τάση του υγρού μειώνεται.
2. Θερμοκρασία:Όταν ανεβάζουμε τη θερμοκρασία, η μοριακή έλξη μεταξύ των υγρών μορίων εξασθενεί. Ως αποτέλεσμα, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του υγρού, η επιφανειακή τάση του υγρού πέφτει.

Εφαρμογή:

• Λόγω της επιφανειακής τάσης του νερού, μια βελόνα που τοποθετείται στο νερό μπορεί να επιπλέει.

• Λόγω της επιφανειακής τάσης του νερού, τα αυγά των κουνουπιών μπορούν να επιπλέουν.
• Η οδοντόκρεμα μας περιέχει σαπούνι, το οποίο τη βοηθά να απλώνεται εύκολα στο στόμα μειώνοντας την επιφανειακή τάση.
• Τα αντισηπτικά, όπως το Dettol, έχουν χαμηλή επιφανειακή τάση, επιτρέποντάς τους να εξαπλωθούν πιο γρήγορα.

Συμπέρασμα:

Η επιφανειακή τάση είναι τα χαρακτηριστικά μιας υγρής επιφάνειας που εκδηλώνεται ως τεντωμένη ελαστική μεμβράνη. Το περίπου σφαιρικό σχήμα των μικρών σταγόνων υγρού και των σαπουνόφουσκες είναι παραδείγματα αυτού του φαινομένου. Ορισμένα έντομα μπορούν να σταθούν στην επιφάνεια του νερού λόγω αυτού του χαρακτηριστικού. Η λεπίδα ξυραφιού δεν επιπλέει. Εάν ωθηθεί μέσα από την επιφάνεια του νερού, βυθίζεται. Οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των σωματιδίων μέσα σε ένα συγκεκριμένο υγρό, καθώς και το αέριο, το στερεό ή το υγρό που έρχονται σε επαφή με αυτό, καθορίζουν την επιφανειακή τάση. Τα μόρια σε μια σταγόνα νερού, για Για παράδειγμα, έχουν μια μέτρια έλξη το ένα προς το άλλο. Τα μόρια του νερού βαθιά μέσα στη σταγόνα υποτίθεται ότι έλκονται προς όλες τις κατευθύνσεις εξίσου από τα γύρω μόρια. Τα μόρια της επιφάνειας, από την άλλη πλευρά, θα έλκονταν πίσω από γειτονικά μόρια εάν μπορούσαν να μετακινήθηκε ελαφρώς προς τα έξω από την επιφάνεια. Το έργο ή η ενέργεια που απαιτείται για την αφαίρεση του επιφανειακού στρώματος των μορίων σε μια μονάδα επιφάνειας είναι περίπου ισοδύναμη με την ενέργεια που ευθύνεται για τα φαινόμενα επιφανειακής τάσης. Ως αποτέλεσμα, η επιφανειακή τάση μπορεί να μετρηθεί σε μονάδες ενέργειας (joule) ανά μονάδα επιφάνειας (τετραγωνικά μέτρα). Στους 20 °C (68 °F), το νερό έχει επιφανειακή τάση 0,07275 joule ανά τετραγωνικό μέτρο. Το νερό έχει επιφανειακή τάση 0,07275 joule ανά τετραγωνικό μέτρο στους 20 °C (68 °F).Όπως η θερμοκρασία Η έκρηξη αυξάνεται, η καθαρή δύναμη έλξης μεταξύ των μορίων μειώνεται, μειώνοντας την επιφανειακή τάση.