ما هو التوتر السطحي وما الشروط الواجب توافرها لحدوثه

التوتر السطحي

التوتر السطحي هو إحدى الظواهر الفيزيائية التي تحدث نتيجة قوة التماسك بين جزيئات المواد السائلة ، مما يعطيها خاصية الغشاء المتماسك.

هذا السائل ، الذي تتعرض جزيئاته الداخلية لتوتر شديد من جميع الاتجاهات ، حتى تلغي بعضها البعض ، لكن الجزيئات الموجودة على سطح السائل تتأثر بالقوى الموجودة على جوانبها وأسفلها. ، مما يتسبب في شد السطح إلى أسفل حتى يظهر كغشاء. .

على وجه التحديد ، تتأثر الجسيمات داخل المواد السائلة المختلطة بقوى التماسك أو القوى الجذابة المرتبطة بالجزيء ، حيث تعمل الجسيمات على توحيد تماسكها مع المادة.

قيم هذه القوى أقل من قيم الأجسام الصلبة ، وبالتالي يأخذ جسم السائل شكل الكوب الذي يوضع فيه ، ويسهل عليه القيام بذلك ، والسائل مع جزيئاته تتأثر بالتصاق.

الشروط التي يجب توافرها لحدوث التوتر السطحي

العوامل التي تؤثر على التوتر السطحي هي:

• جودة السائل

تختلف نتائج ظاهرة التوتر السطحي باختلاف نوعية السوائل. على سبيل المثال ، التوتر السطحي في سوائل الزئبق كبير ، على عكس السوائل المائية. لذلك ، تظهر قطرات الزئبق متموجة أكثر من الماء ، لكن قطرات الكحول تظهر تموجًا أقل من الماء.

• درجات الحرارة

العلاقة بين ظاهرة التوتر السطحي ودرجة الحرارة متناسبة عكسيًا ، حيث تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى انخفاض التوتر السطحي للسائل.

قيم التوتر السطحي

تختلف قيم التوتر السطحي بين السوائل عند درجة حرارة معينة ، على سبيل المثال ، تصل هذه الذروة للمياه (20 درجة مئوية 72.86 ± 0.05) ، ولكن قيمة التوتر السطحي للبنزين هي (28.88 درجة 20 درجة مئوية) ، بينما قيمة التوتر السطحي للزئبق (C 486.5 ° 20).

تطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي

هناك العديد من التطبيقات التي تمثل ظاهرة التوتر السطحي ، ومن أبرز هذه التطبيقات ما يلي:

• يمكن للحشرة أن تمر فوق سطح الماء.
• تأخذ قطرات الماء أشكالًا كروية ونصف كروية ، ومن الممكن تفسير ذلك لأن السوائل يمكن أن تحافظ على مستويات الطاقة منخفضة جدًا عن طريق تضييق مساحة السطح.
• تمتلك الكرة أصغر مساحة مقارنة بالأشكال الهندسية المختلفة ، لذلك يمكن للسائل أن يحافظ على مستويات طاقته أقل.
• من الممكن ملاحظة أن سطح الشمع أو ما يعرف بالنايلون لا يتبلل عند سكب الماء عليه ، وبالتالي بسبب وجود اختلافات كبيرة بين قوى الجذب للجسيمات السائلة وقوى التماسك بينها. . الماء المنسكب والسطح.
• لذلك ينتشر الماء على السطح بسبب انكشاف قيمة قوة الجاذبية عند الارتفاع ، والتي توجد بين الماء أكثر مما هو موجود على السطح.

طرق قياس التوتر السطحي

من المعروف أن ظاهرة التوتر السطحي ظاهرة مرتبطة بعلم الفيزياء ، وبالتالي فإن قياسها سيعتمد على إحدى طرق قياس السوائل ، والظواهر المصاحبة لها.

هناك ما يعرف بالأنابيب الشعرية ، والتي تستند إلى القانون التالي: (t = 1/2 dgr (h +1/3 r)).

تشير H إلى ارتفاع السوائل الأساسية الشعرية ، وتشير R إلى نصف قطرها ، وتشير t إلى التوتر السطحي للسائل المستخدم ، وتشير D إلى كثافة السائل ، وتشير G إلى التسارع الناتج عن الجاذبية.

طريقة زيادة سطح السائل

من أجل زيادة سطح السائل ، يجب ممارسة الضغط على هذا السطح حتى تتمكن بعض الجزيئات الموجودة بداخله من الانتقال من الداخل إلى السطح. المعروفة باسم قوى التوتر السطحي.

العلاقة بين التوتر السطحي ودرجة الحرارة.

يتأثر التوتر السطحي باختلاف درجات الحرارة ، لذلك يقل التوتر السطحي مع زيادة درجة الحرارة.

التوتر السطحي في حياتنا اليومية

ستتمكن من فهم مصطلح التوتر السطحي مع معرفة مواقعه وأمثلة في حياتنا اليومية ومن أهم مظاهر ظاهرة التوتر السطحي ما يلي:

• تساعد ظاهرة التوتر السطحي على فهم تكوين قطرات الماء السائلة الكروية.
• يتسبب التوتر السطحي في فصل الماء عن الأسطح المصنوعة من النايلون أو الشمع.
• يستخدم التوتر السطحي في صناعة ما يعرف بالمظلات ومعاطف المطر والثلج.
• تفسر ظاهرة التوتر السطحي العديد من الظواهر ، من أبرزها تكون الفقاعات المتكونة من الماء والصابون.
• تساعد ظاهرة التوتر السطحي على تنظيف الملابس المتسخة وإزالتها ومحوها جيداً ، لأن الصابون يعمل على تقليل هذه الظاهرة في الماء.
• تسمح القوة المتماسكة للجزيئات للسوائل بتكوين أسطح محدبة أو مقعرة ، اعتمادًا على الحاوية التي توجد فيها.

التوتر السطحي ومثلث برمودا

يوجد جليد هيدرات الميثان من الأشياء المجمدة في قاع المحيطات بكميات كبيرة جدًا ، ويتكون بسبب انهيار ما يعرف بالمواد العضوية قبل آلاف السنين ، ونتيجة لحدوث تغيرات مناخية في العصر الحديث. مرات. مرات ناتجة عما يعرف بالاحترار العالمي.

الأمر الذي أدى إلى ارتفاع درجات الحرارة في قيعان هذه المحيطات والبحار ، وعمل هذا على إذابة الجليد بإطلاقه غاز الميثان على شكل فقاعات مندفعة إلى سطح الماء.

كما يرتفع في الهواء لمسافة عدة كيلومترات ، كما يحدث عندما نفتح مشروبات غازية عالية الحرارة ، مما يشير إلى أن الهواء لا يستطيع حمل مختلف وسائل النقل الجوي فوق هذه المنطقة.

تسبب وجود فقاعات غاز الميثان الوفيرة في انخفاض التوتر السطحي للمياه في مثلث برمودا ، حيث يتحول الماء إلى رغوة ، مما يجعله غير قادر على دعم السفن والمراكب ، ويبقى معرضًا للغرق بسرعة دون سابق إنذار.

أشارت العديد من التحقيقات التي أجرتها المراكز الجيولوجية الأمريكية إلى أن هناك العديد من الأماكن التي يتم فيها تخزين غاز هيدرات الميثان تحت الماء في البحار حول العالم.

أشارت مجموعة خبراء من جامعة القطب الشمالي في النرويج إلى وجود العديد من الحفر في قاع البحر نتيجة حدوث بعض الانفجارات الكبيرة لكرات الفقاعات من هذا الغاز التي تم تخزينها في مئات السنين الماضية. في البحر.

وأوضحوا أن قطر هذه الحفرة التي تم اكتشافها يصل إلى خمسمائة متر ، بينما يصل عمق الحفرة إلى قرابة خمسة وأربعين متراً ، وذكروا أن انبعاث غاز الميثان من هذه الحفرة قد يؤدي إلى تغير في درجة الحرارة مع زيادة مياه المحيطات بعد خلطها بالغاز.