بحث كامل عن التوتر السطحي

التوتر السطحى:- هو التأثير الذى يجعل الطبقة السطحية لأى سائل تتصرف كورقه مرنه و يمكن الأشياء المعدنية الصغيره كالإبر ، أو أجزاء ورق القصدير من الطفو على الماء، وهو المسبب أيضا للخاصية الشعرية – ذلك التأثير الذى يسمح للحشرات بالسير على الماء وهناك التوتر .الواجهي هو اسم لنفس التأثير عندما يحدث بين سائلين تربط بين جزيئات المادة المتجانسة قوى تسمى قوى الجذب الجزيئية )قوى التماسك( تعمل على تماسك جزيئات هذه المادة بعضها ببعض، إن قيمة هذه القوى فى السوائل تكون أقل مما عليه. فى الأجسام الصلبة وهذا ما يفسر تغير شكل السائل بتغير الإناء الموجود فيه ،بالإضافة إلى تلك القوى توجد قوى تؤثير بين جزيئات السائل وجزيئات الأوساط الأخرى التى تلامسها . سواء أكانت حاله تلك الأوساط صلبة أو سائلة أو غازية تدعى هذه القومى بـ )قومی التلاصق( الآن واعتماداً على ما سبق سوق أوضح التعريف الفيزيائى للتوتر السطحي يرمز للتوتر السطحي بالرمز T ) أوY ،σ ( ويعرف بأنه القوة المؤثرة عمودياً على طول خط عمل واحدة القوى عندما تكون هذه القوة أو أو داين لكل (N·m−1) موازية للسطح ويقاس التوتر السطحى بوحدات نيوتن لكل متر سنتيميتر. وبالنسبة للديناميكا الحراريه يعرف التوتر السطحر على أنه الشغل المبذول لوحدة المساحات الشد السطحى أو التوتر السطحى كما ذكرنا هو خاصيه لسطح السائل إذ يعمل كغشاء مشدود تقف عليه الحشرات وتطفو عليه الإبرة أو الشفرة الفلزية أو حتى قطعة نقديه مع أن كثافتها أكبر من كثافة السائل يعتمد التوتر السطحى على عاملين 1- نوع السائل: - أى أنه الحشرة لا تقف على أى سائل . حيث أن هناك سوائل ذات توتر سطحي أعلي من سوائل أخري 2- درجة الحرارة : إذا كان السائل فى درجه غليانه فذلك سيؤدى إلى انعدام قوة التوتر السطحى . وبشكل عام كلما ارتفعت درجه حرارة السائل قل الشد السطحي للسائل. تنشأ خاصيه التوتر السطحي لسائل ما بسبب وجود قوة تماسك بيه جزيئاته، ويعمل سطح السائل وكأنه غشاء مشدود يحمل الشفرة . حتى ولو كانت كثافة الشفرة اكبر من كثافة الماء ويمكن فهم سبب حدوث ظاهرة الشد السطحي أو التوتر السطحى إذا لاحظنا أن أى جزء داخل السائل . يتعرض لقوى متساوية من قبل الجزيئات الحيطيه به وفى جميع الاتجاهات . ولكن على النقيض من ذلك فإن جزيئات السائل التي تقع على السطح تتعرض لقوى جذب ( تعرف بقوة التماسك ( فقط في اتجاه السائل طرق تعيين التوتر السطحى يقاس التوتر السطحى باستخدام الأنابيب الشعريه ) capillary tubes ( وبقياس ارتفاع السائل )h( داخل الانبوبه الشعريه ونصف قطر الأنبوبه(r) وباستخدام العلاقة. t = ½ dgr (h+⅓r) .التوتر السطحى للسائل المستخدمt حيث ارتفاع السائل داخل الأنبوبة الشعريةh عجلة الجاذبية الأرضية وg كثافة السائل وd و . نصف قطر الأنبوبة الشعريهr أمثلة على ظاهرة التوتر السطحى * المشي على الماء : حيث تستطيع الحشرات الصغيرة الوقوف والمشي علي سطح الماء . لأن وزنها لا يكفى لاختراق التوتر السطحى * إبره تطفو على سطح الماء : يمكن أن تطفو إبره صغيرة موضوعة بعنايه على سطحالماء رغم أنها تمتلك كثافة أكبر من الماء بكثير. يؤدى تحريك الماء إلى اختلال التوتر . السطحى ومن ثم غرق الابرة * الصابون ومواد التنظيف : تساعد فى تنظيف الألبسة عبر خفض التوتر السطحي للماء يا ينتج نفاذه إلى الأماكن المتسخة وتنظيفها علاقة التوتر السطحى بالانتشار ان قوه التوتر السطحي تؤثر على الانتشار بجعل من الصعب على الجزيئات السائل أن تتحرك عبر سطح السائل أو أن تنتشر عبر مادة أخرى حسابات التوتر السطحى لفقاعه من السائل كرويه القوه الكلية التى تعمل على فقاعة سائل كرويه هى مجموع التوتر السطحى على سطح الفقاعه وقوة الجاذبية يمكن حساب قوة التوتر السطحى على سطح الفقاعه باستخدام معادلة Young Laplace F = 2 σ R حيث F هي القوة الكلية σ هى التوتر السطحى للسائل R هو نصف قطر الفقاعة تشير هذه المعادله إلى أن قوة التوتر السطي فى تتناسب طرديا مع نصف قطر الفقاعة قوة الجاذبية تعمل على فقاعة السائل لتقليص حجمها . يمكن حساب قوة الجاذبية باستخدام المعادلة التالية : F = m g حيث: F هى قوة الجاذبية m هى كتله الفقاعة g هي تسارع الجاذبية تشير هذه المعادله الي أن قوة الجاذبية تتناسب طرديا مع كتله الفقاعه . يمكن التوازن بين قوه التوتر السطحى وقوة الجاذبية لتحديد نصف قطر الفقاعه المستقر . يمكن القيام بذلك باستخدام معادلة Young - Laplace التالية : 2 σ R = mg من هذه المعادله يمكن تحديد نصف قطر الفقاعه المستقر كالتالى : R = mg / 2σ إذا كان نصف قطر الفقاعة أكبر من نصف قطر الفقاعه المستقر فإن قوة التوتر السطحى ستكون أكبر من قوة الجاذبية - سيؤدى هذا إلى تمدد نصف قطر الفقاعة المستقر . أما إذا كان نصف قطر الفقاعة أصغر من نصف قطر الفقاعه المستقر، فإن قوة الجاذبية ستكون أكبر من قوة التوتر السطحى يؤدى هذا إلى تقلص الفقاعه حتى يصل نصف قطرها الى نصف قطر الفقاعة المستقر .