Kap, kap... Evo još jedna kap koja se skupila na izlivu slavine, nabujala i pala. Ova slika je svima poznata. Ili topla ljetna kiša zalijeva zemlju željnu vlage - i opet pada. Zašto kapi? Šta je ovde razlog? Vrlo je jednostavno: razlog za to je površinski napon vode.
To je jedno od svojstava vode ili, uopštenije, svih tečnosti. Kao što znate, plin ispunjava cijeli volumen u koji ulazi, ali tekućina to ne može učiniti. Molekuli unutar zapremine vode okruženi su istim molekulima sa svih strana. Ali oni na površini, na granici tečnosti i gasa, nisu pogođeni sa svih strana, već samo od onih molekula koji se nalaze unutar zapremine, sa strane gasa na njih ne utiče.
U tom slučaju će na površinu tekućine djelovati sila, usmjerena duž nje okomito na dio površine na koji djeluje. Kao rezultat ove sile, nastaje površinski napon vode. Njegova vanjska manifestacija bit će formiranje neke vrste nevidljivog, elastičnog filma na međuprostoru. Zbog efekta površinske napetosti, kap vode će poprimiti oblik kugle kao tijelo koje ima najmanju površinu za datu zapreminu.
Sada možemo definisati da je površinski napon rad promene površine tečnosti. S druge strane, može se definirati kao energija potrebna za razbijanje površine jedinice. Površinska napetost je moguća na granici između tečnosti i gasa. Određena je silom koja djeluje između molekula i stoga je odgovorna za isparljivost (isparavanje). Što je niža površinska napetost, to će tečnost biti isparljivija.
Možete odrediti čemu je jednako Formula za njen proračun uključuje površinu i Kao što je ranije rečeno, koeficijent ne zavisi od oblika i veličine površine, već je određen jačinom međumolekularne interakcije, tj. tečni tip. Za različite tekućine, njegova vrijednost će biti različita.
Površinski napon vode može se mijenjati. To se postiže zagrijavanjem, dodavanjem biološki aktivnih tvari - kao što su sapun, prah, pasta. Njegova vrijednost zavisi od stepena čistoće vode. Što je voda čistija, to je veća površinska napetost, a po svojoj vrijednosti je na drugom mjestu nakon žive.
Zanimljiv efekat se uočava kada tečnost dođe u kontakt i sa čvrstim i sa gasom. Ako na površinu parafina stavimo kap vode, ona će poprimiti oblik lopte. To je zbog činjenice da su sile koje djeluju između parafina i kapi manje od interakcije između njih, zbog čega se pojavljuje lopta. Kada su sile koje djeluju između površine i kapi veće od sila međumolekularne interakcije, voda će se ravnomjerno širiti po površini. Ova pojava se zove vlaženje.
Efekat vlaženja u određenoj mjeri može karakterizirati stupanj čistoće površine. Na čistoj površini, kap se ravnomjerno širi, a ako je površina kontaminirana ili prekrivena tvari koja nije navlažena vodom, onda se ova potonja skuplja u kuglice.
Primjer upotrebe površinske napetosti u industriji je livenje sfernih dijelova, kao što je sačmarica. Kapljice rastopljenog metala jednostavno se stvrdnu u letu, poprimajući sferni oblik.
Površinski napon vode, kao i svake druge tečnosti, jedan je od njenih važnih parametara. Određuje neke karakteristike tečnosti - kao što su isparljivost (isparljivost) i kvašenje. Njegova vrijednost ovisi samo o parametrima međumolekularne interakcije.
"Naišli smo na takav fenomen kao što je kap vode (u člancima" Kap vode - kako je" I" Koliko teška kap vode "). Površinska napetost je odgovorna za sferni oblik vode. Pokušajmo danas razgovarati o filterima za vodu, površinski napon i zdravlje. Hajde da vidimo da li ovde postoji neka važna (ili korisna) veza. A istovremeno ćemo gledati i video o vodi u nultoj gravitaciji.
Površinska napetost vode i zdravlje rijetko idu zajedno. Obično postoje "minerali i zdravlje", "živa i mrtva voda", "i", "redox i zdravlje" itd. Što je, po našem mišljenju, čudno 🙂
Postoji mišljenje: smanjena površinska napetost vode lošije (bolje) utječe na osobu. A razlog su filteri za vodu. Jer oni to menjaju.
Napetost je primjena sile na nešto u različitim smjerovima. Na primjer, deset ljudi povuče plahtu u različitim smjerovima. Napetost lima se povećava. Možete čak pokušati skočiti s visine na čaršav i ne udariti jako 🙂
Površinska napetost vode je sila koja vuče površinu u različitim smjerovima.
Ispada da je površina vode rastegnuta? Zbog čega se rasteže, šta, da tako kažem, "vuče čaršav"? Zbog strukture molekula vode. Kao što se sjećate, molekul vode ima pozitivne i negativne polove. koji međusobno formiraju vodonične veze.
U zapremini tečnosti, molekuli se privlače odasvud, sile privlačenja su uravnotežene. A na površini - napetost ide samo "odozdo". Sile nisu izbalansirane, površina se sama vuče. A kada ga gravitacija ne ometa (na primjer, u bestežinskom stanju), ova sila postiže svoj cilj, voda se u bestežinskom stanju pretvara u loptu.
Inače: molekuli u graničnom sloju, za razliku od molekula u njegovoj dubini, samo su napola okruženi. Vodikove veze povucite ih prema unutra i istegnite površinu. Otprilike isto bi bilo da se naših 10 ljudi zamotalo u čaršav i svom snagom ga uvuklo unutra. Formirali bi nešto poput lopte. Ali između ljudi postoje praznine u koje se plahta može popeti. A voda nema šupljina. Tako dobijamo savršenu loptu 🙂
Ako kopamo vrlo duboko: ako se molekula kreće s površine u tekućinu, sile međumolekulske interakcije će obaviti pozitivan rad. Naprotiv, da bi se izvukao određeni broj molekula iz dubine tečnosti na površinu (tj. da bi se povećala površina tečnosti), potrebno je utrošiti pozitivan rad spoljnih sila proporcionalan na promjenu površine. Dakle, sila površinskog napona jednaka je sili koja se mora primijeniti da bi se povećala površina po jedinici površine. Za referencu: površinski napon vode je 0,07286 N/m.
Primjeri površinske napetosti sa Wikipedije:
- U bestežinskom stanju, kap poprima sferni oblik (sfera ima najmanju površinu od svih figura istog kapaciteta).
- Mlaz vode se "lepi" u cilindar.
- Mali objekti čija je gustina veća od gustine tečnosti u stanju su da "lebde" na površini tečnosti, jer je sila gravitacije manja od sile koja sprečava povećanje površine tečnosti. Dakle, igla, mali novčić može plutati na površini vode.
- Neki insekti (na primjer, vodoskoci) mogu se kretati kroz vodu, držeći se za njenu površinu zbog sila površinske napetosti.
- Na mnogim površinama, koje se nazivaju nemočivim, voda (ili druga tekućina) skuplja se u kapljicama.
Sada pređimo na filtere i površinski napon vode.
Mogu li imati ikakve veze s površinskom napetošću?
Idemo do kraja kroz vodu.
- Voda prvo odlazi u grubi filter, gdje pijesak i druge proporcionalne čestice ostavljaju.
- Nadalje, najčešće voda prolazi kroz filter s aktivnim ugljenom. Uklonjen hlor (ako postoji) i organske materije (ako može ugalj).
- Obično dalja reverzna osmoza je polupropusna barijera; čista voda teče u čašu, a ostale soli itd. odvod u kanalizaciju.
U kojim fazama se vodi nešto što mijenja njenu sposobnost da se drži za sebe? Znači mijenja površinsku napetost? Ako jeste, onda je u fazi reverzne osmoze, jer se voda istiskuje kroz vrlo mala vlakna i na neki način se kovitla.
Otprilike ista stvar se dešava i pri ključanju (također prečišćavanju vode) - zapremina vode se usitnjava na manje relativno nepokretne dijelove. Usput, rezultat je temperatura aktivirana voda. U kojoj je, prema brojnim istraživačima, površinska napetost manja od one izvorne vode.
Nažalost, nismo pronašli tačne podatke o tome koliko se površinski napon smanjuje tokom ključanja ili čišćenja reverznom osmozom.
Drugi primjer je elektromagnetna obrada vode. Ovdje je potvrđeno smanjenje površinske napetosti zanimljivo iskustvo. Dakle, biljke koje se zalijevaju bočatom vodom ne rastu dobro. Razlog je što im je teško uvući vodu sa solima, soli ne ispuštaju vodu dobro u biljku. Međutim, boćata voda nakon elektromagnetnog tretmana lakše prolazi u biljke i one se ne potiskuju tako snažno.
Međutim, ni ovdje nema brojčanih podataka i eksperimenata.
Sada se vratimo na glavno pitanje:
Da li su površinska napetost i zdravlje povezani?
Opet, nema eksperimentalnih podataka. Ali to se može pretpostaviti teoretski, na osnovu našeg znanja o površinskom naponu vode.
Dakle, što je niža površinska napetost vode, to se bolje apsorbuje u ćelije (jer se ne opire i ne ometa površinsku napetost). Posljedično, produkti metabolizma i druge štetne tvari će se brže ukloniti iz stanica. Općenito, tijelo će biti zdravije od onog u kojem se metabolički proizvodi i toksične tvari sporije izlučuju.
Dakle zaključak je jednostavan:
Ako filteri smanjuju površinsku napetost, to neće utjecati na zdravlje.
Prema http://voda.blox.ua/
Površinski napon vode je jedan od najvećih zanimljiva svojstva vode.
Evo nekoliko definicija ovog pojma iz kompetentnih izvora.
Površinski napon je...
Velika medicinska enciklopedija
Površinska napetost (P. n.) je sila privlačenja kojom svaki odsječak površinskog filma (slobodna površina tekućine ili bilo koja površina između dvije faze) djeluje na susjedne dijelove površine. Unutrašnji pritisak i P. n. Površinski sloj tečnosti ponaša se kao elastična rastegnuta membrana. Prema ideji koju je razvio pog. arr. Laplace (Laplace), ovo svojstvo tekućih površina ovisi o "molekularnim silama privlačenja, koje se brzo smanjuju s udaljenosti. Unutar homogene tekućine, sile koje djeluju na svaki molekul iz molekula koji ga okružuju međusobno su uravnotežene. Ali blizu površine, rezultujuća sila molekularne privlačnosti je usmjerena prema unutra; ima tendenciju da uvuče površinske molekule u glavninu tečnosti. Kao rezultat, cijeli površinski sloj, poput elastičnog rastegnutog filma, vrši vrlo značajan pritisak na unutrašnju masu tekućine u smjeru normalnom na površinu. Prema procjenama, ovaj "unutrašnji pritisak", pod kojim se nalazi čitava masa tečnosti, dostiže nekoliko hiljada atmosfera. Povećava se na konveksnoj površini, a smanjuje na konkavnoj. Zbog težnje slobodne energije ka minimumu, svaka tekućina teži da poprimi oblik u kojem njena površina - mjesto djelovanja površinskih sila - ima najmanju moguću vrijednost. Što je veća površina tečnosti, veća je površina koju zauzima njen površinski film, veća je količina slobodne površinske energije koja se oslobađa tokom njenog skupljanja. Napetost kojom svaki dio kontraktivnog površinskog filma djeluje na susjedne dijelove (u smjeru paralelnom sa slobodnom površinom) naziva se napetost napetosti. Za razliku od elastične napetosti elastičnog istegnutog tijela, P. n. ne slabi kako se površinski film sabija. … Površinska napetost jednaka je radu koji se mora obaviti da bi se slobodna površina tečnosti povećala za jedan. P. n. posmatrano na granici tečnosti sa gasom (također sa sopstvenom parom), sa drugom tečnošću koja se ne meša, ili sa čvrstim telom. Upravo isto solidan ima P. n. na granici sa gasovima i tečnostima. Za razliku od P. N., roj tečnog (ili čvrstog tela) na svojoj slobodnoj površini, koja graniči sa gasovitim medijumom, ima napetost na unutrašnjoj granici dve tečne (ili tečne i čvrste) faze, zgodno je označiti poseban termin usvojen u Njemačka književnost, izraz "granična napetost" (Grenzflachenspannung). Ako je tvar otopljena u tekućini koja snižava njen P. n., tada se slobodna energija smanjuje ne samo smanjenjem veličine granične površine, već i adsorpcijom: skuplja se površinski aktivna (ili kapilarno aktivna) tvar u povećanoj koncentraciji u površinskom sloju...
…Velika medicinska enciklopedija. 1970
Sve navedeno može se sažeti na ovaj način - molekule koji se nalaze na površini bilo koje tekućine, uključujući vodu, privlače ostatak molekula unutar tekućine, uslijed čega nastaje površinska napetost. Naglašavamo da se radi o pojednostavljenom razumijevanju ove imovine.
Površinski napon vode
Za bolje razumijevanje ove osobine, predstavljamo nekoliko manifestacija površinske napetosti vode u stvarnom životu:
- Kada vidimo da voda kaplje s vrha slavine umjesto da se izlijeva, to je površinski napon vode;
- Kada kišna kap u letu poprimi zaobljen, blago izduženi oblik, to je površinski napon vode;
- Kada voda na vodootpornoj površini poprimi sferni oblik, to je površinski napon vode;
- Mreškanje koje nastaje kada vjetar duva na površini vodenih tijela također je manifestacija površinske napetosti vode;
- Voda u svemiru zbog površinske napetosti poprima sferni oblik;
- Insekt vodoskok ostaje na površini vode zahvaljujući upravo ovom svojstvu vode;
- Ako se igla pažljivo stavi na površinu vode, ona će plutati;
- Ako se tečnosti različite gustine i boje naizmjenično sipaju u čašu, vidjet ćemo da se ne miješaju;
- Iridescentni mjehurići sapuna također su divna manifestacija površinske napetosti.
Koeficijent površinske napetosti
Politehnički terminološki rječnik
Koeficijent površinske napetosti je linearna gustoća sile površinske napetosti na površini tekućine ili na granici između dvije tekućine koje se ne miješaju.
Politehnička terminološka Rječnik. Sastavili: V. Butakov, I. Fagradyants. 2014
U nastavku dajemo vrijednosti koeficijenta površinskog napona (C.T.S.) za različite tekućine na temperaturi od 20°C:
- K. p. n. aceton - 0,0233 Njutn/metar;
- K. p. n. benzen - 0,0289 Njutn/metar;
- K. p. n. destilovana voda - 0,0727 Njutn/metar;
- K. p. n. glicerin - 0,0657 Njutn/metar;
- K. p. n. kerozin - 0,0289 Njutn/metar;
- K. p. n. živa - 0,4650 Njutn/metar;
- K. p. n. etilni alkohol - 0,0223 Njutn/metar;
- K. p. n. etar - 0,0171 Njutn/metar.
Koeficijent površinskog napona vode
Koeficijent površinskog napona zavisi od temperature tečnosti. Predstavljamo njegove vrijednosti pri različitim temperaturama vode.
- Na temperaturi od 0 ° C - 75,64 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 10 ° C - 74,22 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 20 ° C - 72,25 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 30 ° C - 71,18 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 40 ° C - 69,56 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 50 ° C - 67,91 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 60 ° C - 66,18 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 70 ° C - 64,42 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 80 ° C - 62,61 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 90 ° C - 60,75 σ, 10 -3 Newton / metar;
- Na temperaturi od 100 ° C - 58,85 σ, 10 -3 Newton / metar.
DEFINICIJA
Koeficijent površinske napetosti- Ovo fizička količina, numerički jednaka sili površinskog napona, koja djeluje na liniju diskontinuiteta jedinične dužine. Ovo je takozvano dinamičko značenje koeficijenta površinske napetosti. Koeficijent površinskog napona je označen slovom. Zatim pišemo dinamičku definiciju koeficijenta površinske napetosti u obliku formule:
gdje je modul sile površinske napetosti koja djeluje na liniju površinskog diskontinuiteta. Usmjeren je tangencijalno na granicu dvije faze u smjeru smanjenja površine i normalno na liniju diskontinuiteta. je dužina linije diskontinuiteta površine.
Postoji još jedna definicija koeficijenta površinske napetosti - energija. Polazi od činjenice da ako se površina tekućine povećava, tada se određeni broj molekula iz njenog volumena podiže do površinskog sloja. U tu svrhu spoljne sile rade () protiv kohezivnih sila molekula. Vrijednost ovog rada bit će proporcionalna promjeni površine tekućine ():
gdje je koeficijent proporcionalnosti koeficijent površinskog napona.
Tada se koeficijent površinske napetosti može definirati kao fizička veličina jednaka radu koji je potreban za povećanje površine tekućine tokom izotermnog procesa nije jedan:
Koeficijent površinskog napona je pozitivna fizička veličina ( title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="12" width="45" style="vertical-align: 0px;">).!}
Molekuli površinskog sloja tečnosti imaju višak potencijalne energije u odnosu na molekule unutrašnjih slojeva. Potencijalna energija površinskog sloja može se izračunati kao:
gdje je S površina tekućine.
Svojstva koeficijenta površinske napetosti
Za čiste tekućine, kako temperatura raste, koeficijent površinske napetosti opada.
Vrijednost koeficijenta je povezana sa silama međumolekularne interakcije. Može poprimiti različite vrijednosti. Isparljive (visoko isparljive) tekućine imaju manje od nehlapljivih.
Koeficijent površinskog napona vode ovisi o koncentraciji nečistoća u njoj. Dakle, kada se u vodu dodaju biološki aktivne supstance (pasta, sapun), površinski napon vode se smanjuje.
Koeficijent površinske napetosti može se naći pomoću kapilara. Da bi se to učinilo, kapilara se spušta u posudu s vodom i mjeri se visina podizanja tekućine (h). U ovom slučaju, koeficijent se nalazi pomoću formule:
gdje je gustina tečnosti, radijus kapilare, kontaktni ugao, ubrzanje slobodnog pada.
Uopšteno govoreći, površinska napetost postoji na granici između čvrstih tela, tečnosti i gasovita tela. Ali češće razmatraju površinsku napetost na granici plin-tečnost.
Koeficijent površinske napetosti uključen je u poznatu Laplaceovu formulu, koja određuje dodatni pritisak (), koji uzrokuje zakrivljenost površine tekućine:
gdje su i polumjeri zakrivljenosti dva međusobno okomita dijela površine tekućine.
Jedinice
Osnovna jedinica za mjerenje koeficijenta površinskog napona u SI sistemu je:
N / m \u003d J / m 2
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježbajte | Koja je razlika između nivoa tečnosti u dve komunikacione kapilare sa potpunim nekvašenjem, ako su unutrašnji prečnici kapilara jednaki i ? |
| Rješenje | Visina podizanja tečnosti u kapilari može se izračunati pomoću formule: Prema uslovu zadatka imamo potpuno nekvašenje, pa smatramo da je kontaktni ugao jednak . Tada je visina na koju se tečnost diže u prvoj kapilari:
u drugoj kapilari:
Razlika između nivoa tečnosti u kapilarama jednaka je:
|
| Odgovori |  |
Jedan od efekata u sistemu gas-tečnost-čvrsto stanje je fenomen površinskog napona. U stvari, suština fenomen površinske napetosti u prisustvu viška sila koje nastaju na granici između dvije faze (na primjer, tekućina/para ili tekućina/čvrsta materija). Ove sile nazivamo viškom sile površinskog napona. Zahvaljujući tim silama, postoji mjehur od sapunice ili film od sapunice, vodomjerci klize kroz vodu, postoje kapilarni fenomeni, a tekućina u bestežinskom stanju poprima oblik lopte.
Pokušajmo otkriti uzroke ovih sila. Razmotrimo sistem u kojem tečnost miruje u posudi (slika 1).
Rice. 1. Površinski napon
Razmotrimo molekul unutar tečnosti (bijela lopta). Molekul koji smo odabrali privučen je sa svih strana drugim molekulima tečnosti (slika 1.1). Zbog činjenice da je tečnost ravnomjerno raspoređena (gustina molekula je ista), tada se molekul koji smo odabrali „vuče“ u svim smjerovima na isti način, tj. zbir svih sila koje djeluju na tijelo je brojčano jednak nuli.
Postavimo molekul na interfejs (slika 1.2). Tamo se povlači na isti način, ali zbog činjenice da ima mnogo manje molekula plina, manje je i sila koje ga vuku prema gore. Tada ukupna sila koja djeluje na molekul koji smo odabrali nije jednaka nuli i usmjerena je unutar tekućine. Ova ukupna sila je sila površinskog napona.
Vrijednost sile površinske napetosti može se ručno pronaći u toku malog eksperimenta. Uzmite mali okvir sa jednom pomičnom stranom, stavite ga u vodu sa sapunom. Rezultirajući film će se rastegnuti do trenutka pucanja. Jer puknuće se ne događa trenutno, što znači da postoji sila koja djeluje sa strane filma, koja ne dozvoljava da se film slomi. Sila pod kojom se film i dalje lomi, prema Newtonovom trećem zakonu, numerički je jednaka maksimalnoj sili površinskog napona koja je nastala u filmu (slika 2).
