Sirt taranglik

Sirt tarangligi — bu harorat, tizim hajmi va barcha komponentlarning kimyoviy potentsiallari sharti bilan ushbu interfeysning birlik maydonining teskari izotermokinetik hosil boʻlishi bilan belgilanadigan muvozanatdagi ikki faza oʻrtasidagi interfeysning termodinamik xarakteristikasi ikkala bosqichda ham doimiy boʻlib qolishi.

Rasmda sirt taranglik kuchi tufayli suv yuzasida yotgan tanga koʻrsatilgan

Kogeziya suv tomchilarini hosil qiladi, sirt tarangligi ularni deyarli sharsimon qiladi va yopishish ularni boshqa moddaning yuzasida ushlab turadi.

Sirt tarangligi ikki xil fizikaviy maʼnoga ega :

bular quyidagicha,

energiya (termodinamik) va kuch (mexanik).

Energiya (termodinamik) taʼrifi: sirt tarangligi — bu harorat doimiy boʻlishi sharti bilan choʻzilgan holda sirtni oshirishning oʻziga xos ishi hisoblanadi.

Kuch (mexanik) taʼrifi: sirt tarangligi — suyuqlik sirtini cheklovchi chiziq uzunligi birligiga taʼsir qiluvchi kuch hisoblanadi.

Sirt taranglik kuchi suyuqlik yuzasiga tangensial yoʻnaltirilgan boʻlib, u harakat qiladigan kontur kesimiga perpendikulyar boʻladi va bu qismning uzunligiga proportsionaldir. Proportsionallik omili $\gamma$ — kontur uzunligi birligiga toʻgʻri keladigan kuch — sirt taranglik koeffitsienti deyiladi. SI sistemada u metr boshiga nyutonlarda oʻlchanadi. Ammo sirt tarangligini birlik sirt sinishi uchun jouldagi energiya (m²) sifatida belgilash toʻgʻriroqdir. Bunday holda, sirt tarangligi tushunchasining aniq fizikaviy maʼnosi paydo boʻladi.

1983-yilda nazariy jihatdan isbotlangan va maʼlumotnomalar maʼlumotlari bilan tasdiqlangan, suyuqlikning sirt tarangligi tushunchasi bir maʼnoda ichki energiya tushunchasining bir qismidir . Ushbu jurnal maqolasida keltirilgan formulalar baʼzi moddalarga boshqa fizik-kimyoviy xususiyatlardan, masalan, bugʻlanish issiqligidan yoki ichki energiyadan suyuqlikning sirt tarangligi qiymatlarini nazariy jihatdan hisoblash imkonini beradi).

1985-yilda boshqa fizik muammoni hal qilishda ichki energiyaning bir qismi sifatida sirt tarangligining fizik tabiati haqidagi va shunga oʻxshash nuqtai nazarni V. AQShdagi Weiskopf aniqlagan .

Sirt tarangligi gazsimon, suyuq va qattiq jismlar orasidagi chegarada sodir boʻladi. Odatda, „sirt tarangligi“ atamasi suyuqlik-gaz interfeysidagi suyuqlik jismlarining sirt tarangligini bildiradi. Suyuqlik interfeysi holatida sirt tarangligini sirt konturining birlik uzunligiga taʼsir qiluvchi va berilgan faza hajmlari uchun sirtni minimal darajaga tushirishga intiladigan kuch sifatida koʻrib chiqish ham aniqdir.

Sirt tarangligini oʻlchaydigan asbob tenziometr deb ataladi.

Koʻrinishlar

Suv sathida suv strideri.

Suyuq-gaz interfeysining sirt maydonining oshishi ishni bajarishni talab qilganligi sababli, suyuqlik oʻzining sirt maydonini kamaytirishga „intila“ boradi:

• vaznsizlikda suyuqlikning bir qismi sharsimon shaklga ega boʻladi (sfera bir xil hajmdagi barcha jismlar orasida eng kichik sirt maydoniga ega). Xuddi shu narsa bir xil zichlikdagi birinchi suyuqlik bilan boshqa aralashmaydigan suyuqlik ichiga joylashtirilgan bir tomchi suyuqlik bilan sodir boʻladi (Platon tajribasi).
• laminar suv oqimi silindrni hosil qiladi, keyinchalik Reyleigh-platosining beqarorligi tufayli sferik tomchilarga boʻlinadi.
• oʻrtacha zichligi suyuqlikning zichligidan kattaroq boʻlgan kichik jismlar suyuqlik yuzasida „suzishga“ qodir, chunki ularning ogʻirligi sirt taranglik kuchi bilan muvozanatlanadi.
• baʼzi hasharotlar (masalan, suv piyodalari) sirt taranglik kuchlari tufayli uning yuzasini ushlab, suv boʻylab harakatlana oladi.
• Nam boʻlmaydigan (hidrofobik) deb ataladigan koʻplab sirtlarda suv (yoki boshqa suyuqlik) tomchilarda toʻplanadi.

Nazariya

Sirt taranglik kuchining kelib chiqishini tushuntirish. Interfeysdagi molekulalar ularni suyuqlikka tortishga moyil boʻlgan kuchlarni boshdan kechiradi, chunki tortishish kuchlari ularga gaz tomondan taʼsir qilmaydi.

Sirt maydoni

Suyuqlik yuzasi erkin energiyaga ega:

${\mathcal {E}}_{surf}=\sigma S,$

Bu yerda $\sigma$ sirt taranglik koeffitsienti,

$S$ suyuqlikning umumiy sirt maydoni .

Izolyatsiya qilingan tizimning erkin energiyasi minimal boʻlganligi uchun, suyuqlik (tashqi maydonlar boʻlmaganda) minimal sirt maydoniga ega boʻlgan shaklni olishga intiladi. Shunday qilib, suyuqlikning shakli masalasi berilgan qoʻshimcha sharoitlarda (dastlabki taqsimot, hajm va boshqalar) izoperimetrik masalaga keltiriladi. P.). Erkin tomchi shar shaklini olishga intiladi, ammo murakkabroq boshlangʻich sharoitlarda suyuqlik yuzasining shakli muammosi matematik jihatdan juda murakkab boʻladi.

Laplas formulasi

Qalinligi eʼtiborsiz boʻlishi mumkin boʻlgan nozik suyuqlik plyonkasini koʻrib chiqaylik. Erkin energiyasini minimallashtirish uchun plyonka turli tomonlardan bosim farqini yaratadi. Bu sovun pufakchalari shakllanishini tushuntiradi : plyonkaning sirt tarangligining qoʻshimcha bosimining qiymati bilan qavariq ichidagi bosim atmosferadan oshmaguncha plyonka siqiladi. Sirtdagi bir nuqtadagi qoʻshimcha bosim bu nuqtadagi oʻrtacha egrilikka bogʻliq va Laplas formulasi bilan ifodalanadi:

$\Delta p=\sigma K=\sigma \left({1 \over R_{1}}+{1 \over R_{2}}\right).$

Bu yerga

$R_{1,2}$- nuqtadagi asosiy egriliklarning radiuslari hisoblanadi. Tegishli egrilik markazlari nuqtada teginish tekisligining bir tomonida yotsa, ular bir xil belgiga ega, agar ular turli tomonlarda yotsa, boshqa belgiga ega. Masalan, shar uchun sirtning istalgan nuqtasidagi egrilik markazlari sharning markaziga toʻgʻri keladi, shuning uchun:

$R_{1}=R_{2}=R,$

$\Delta p={2\sigma \over R}.$

Radiusli dumaloq silindrning yuzasi uchun $R$ bizda … bor:

$R_{1}=R,~~~R_{2}=\infty ,$

$\Delta p={\sigma \over R}.$

Chunki $\Delta p$ kino yuzasida uzluksiz funktsiya boʻlishi kerak, shuning uchun filmning „ijobiy“ tomonini bir nuqtada tanlash mahalliy darajada noyob tarzda sirtning ijobiy tomonini etarlicha yaqin nuqtalarda belgilaydi.

Laplas formulasidan shunday xulosa kelib chiqadiki, ixtiyoriy shakldagi ramka ustiga choʻzilgan va pufakchalar hosil qilmaydigan erkin sovun plyonkasi oʻrtacha 0 ga teng egrilikka ega boʻladi.

Haroratga bogʻliqlik

Haroratning oshishi bilan sirt tarangligi pasayadi va kritik haroratda nolga teng boʻladi. Sirt tarangligining haroratga eng mashhur empirik bogʻliqligi Eötvös qoidasi deb ataladigan Lorand Eötvös tomonidan taklif qilingan. Hozirgi vaqtda mintaqadagi sirt tarangligining kritik haroratgacha boʻlgan haroratga nazariy bogʻliqligi toʻgʻrisida Eötvös qoidasini tasdiqlovchi xulosa olindi .

Aniqlash usullari

Sirt tarangligini aniqlash usullari statik va dinamikga boʻlinadi. Statik usullarda sirt tarangligi muvozanatda boʻlgan hosil boʻlgan sirtda aniqlanadi. Dinamik usullar asosida sirt qatlamini yoʻq qilish bilan bogʻliq. Eritmalarning (ayniqsa polimerlar yoki sirt faol moddalar) sirt tarangligini oʻlchashda statik usullardan foydalanish kerak. Baʼzi hollarda sirtdagi muvozanat bir necha soatlar ichida sodir boʻlishi mumkin (masalan, yuqori yopishqoqlikka ega polimerlarning konsentrlangan eritmalarida). Muvozanat sirt tarangligini va dinamik sirt tarangligini aniqlash uchun dinamik usullardan foydalanish mumkin. Masalan, aralashtirilgandan keyin sovun eritmasi uchun sirt tarangligi 58 mJ / m², choʻktirilgandan keyin esa 35 mJ / m² ni tashkil qiladi. Yaʼni sirt tarangligi oʻzgaradi. Muvozanat oʻrnatilmaguncha, u dinamik boʻladi.

Statik usullar:

1. Kapillyarda meniskusning balandligini oʻlchash usuli.
2. Vilgelmi usuli.
3. Sessil tushirish usuli.
4. Osilgan tomchi shakli boʻyicha aniqlash usuli.
5. Aylanadigan tushirish usuli.

Dinamik usullar:

1. du Nuy usuli (halqani yirtish usuli).
2. Stalagmometrik yoki tomchilarni hisoblash usuli.
3. Maksimal qabariq bosimi usuli.
4. Tebranuvchi reaktiv usul.
5. Turuvchi toʻlqin usuli.
6. Sayohat toʻlqini usuli.

Aylanadigan tushirish usuli

Usulning mohiyati ogʻirroq suyuqlikda aylanadigan suyuqlik tomchisining diametrini oʻlchashdir . Ushbu oʻlchov usuli interfaal kuchlanishning past yoki ultra past qiymatlarini oʻlchash uchun javob beradi. U mikroemulsiyalar uchun, neft ishlab chiqarishda sirt faol moddalar (sirt faol moddalar) samaradorligini oʻlchash, shuningdek, adsorbsion xususiyatlarni aniqlash uchun keng qoʻllanadi.

Du Nooy usuli (halqani yirtish usuli)

Usul klassik usul hisoblanadi. Usulning mohiyati nomdan kelib chiqadi. Tekisligi suyuqlik yuzasiga parallel boʻlgan platinali simdan yasalgan halqa suyuqlikdan asta-sekin koʻtariladi, uni namlaydi, halqani sirtdan ajratish momentidagi kuch sirt taranglik kuchidir va sirtga aylanishi mumkin. energiya. Usul sirt faol moddalar, transformator moylari va boshqalarning sirt tarangligini oʻlchash uchun javob beradi.

Kapillyar toʻlqin usuli

Suyuqlikni uning yuzasida yotgan tebranish plastinkasi bezovta qilganda, suyuqlik yuzasi boʻylab kapillyar toʻlqinlar tarqaladi. Agar suyuqlik bilan kyuvetta chaqnash chastotasi tebranish plitasining tebranish chastotasiga teng boʻlgan impulsli yorugʻlik manbai (strob) bilan yoritilsa, u holda vizual ravishda statsionar toʻlqin naqshlari kuzatiladi. Oʻlchangan toʻlqin uzunligiga asoslanib, sirt tarangligini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

$\sigma ={\frac {\rho \lambda ^{2}}{4\pi ^{2}}}(2\pi \nu ^{2}\lambda -g),$

Bu yerda $\sigma$ — sirt tarangligi;

$\rho$ -suyuqlikning zichligi;

$\lambda$ -toʻlqin uzunligi;

$\nu$- plastinkaning tebranish chastotasi;

$g$ — tortishishning tezlashishi.

Ayrim suyuqliklarning havo bilan chegaradagi sirt tarangligi

Modda	Harorat °C	Sirt tarangligi (10 −3 N/m)
Natriy xlorid 6 M suvli eritmasi	20	82.55
Natriy xlorid	801	115
Glitserin	30	64.7
Qalay	400	518
Azot kislotasi 70%	20	59.4
Anilin	20	42.9
Aseton	20	23.7
Benzol	20	29.0
Suv	20	72.86
Glitserin	20	59.4
Yog '	20	26
Merkuriy	20	486,5
Sulfat kislota 85%	20	57.4
etanol	20	22.8
Sirka kislotasi	20	27.8
Etil efir	20	16.9
sovun eritmasi	20	43