Rajapinnan jännityksen määritelmä, yhtälö, yksiköt ja mittaus

Se rajapintajännitys (γ) on nettovoima pituusyksikköä kohti, joka kohdistuu kosketuspinnalle yhden vaiheen (kiinteä tai neste) ja toisen (kiinteä, neste tai sooda) välillä. Nettovoima on pystysuora kosketuspinnalle ja se on suunnattu vaiheisiin.

Kun yksi vaiheista on kaasua, sitä yleensä kutsutaan pintajännitys. Kosketusvaiheet ovat sekoittumattomia, ts. Ne eivät liukene toistensa kanssa liuoksen muodostamiseksi. Vaiheiden välinen kosketusalue on geometrinen erotuspinta Käyttöliittymä. Rajapintajännitys johtuu rajapinnassa olevista molekyylien välisistä voimista.

Nesteen molekyylien välissä olevat voimat, jotka ovat kosketuksissa ilman kanssa [booybazooka (https: // commons.Wikimedia.Org/wiki/tiedosto: wassermolek%c3%bcleint%c3%b6pfchen.Svg)]

Pinta-.

[TOC]

Määritelmä

Rajapinnan ominaisuudet eivät ole yhtä suuret kuin kosketuksessa olevien faasien sisällä olevat ominaisuudet, koska ilmenee erilaisia ​​molekyylien vuorovaikutuksia, koska tällä alueella on molekyylejä, jotka kuuluvat sekä vaiheeseen että toiseen.

Vaiheen sisällä olevat molekyylit ovat vuorovaikutuksessa vierekkäisten molekyylien kanssa, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Näin ollen sisäinen verkkovoima on tyhjä, koska houkuttelevat ja vastenmieliset vuorovaikutukset ovat yhtä suuret kaikkiin mahdollisiin suuntiin.

Kahden vaiheen välisellä pinnalla olevia molekyylejä ympäröivät saman faasin molekyylit, mutta myös toisen vaiheen vierekkäiset molekyylit.

Tässä tapauksessa nettovoima ei ole tyhjä, ja se on suunnattu vaiheeseen, jossa vuorovaikutusta on suurempi. Tuloksena on, että pinnalla olevien molekyylien energiatila on suurempi kuin energian tila vaiheessa.

Voi palvella sinua: Parabolinen laukaus: Ominaisuudet, kaavat ja yhtälöt, esimerkit

Nettovoima, joka toimii sisätilaa kohti yksikköä kohti rajapintaa pitkin, on rajapintajännitys. Tämän voiman takia molekyylit pyrkivät spontaanisti minimoimaan energia minimoimalla jokaiselle tilavuusyksikölle pinta -ala.

Määritelmä työhön ja energiaan

Molekyylin houkuttelemiseksi sisäpuolelta pintaan on välttämätöntä, että molekyyliin vaikuttavat voimat ylittävät nettovoiman. Toisin sanoen tarvitaan työtä rajapinnan pinnan lisäämiseksi.

Välialueen lisäämiseksi tarvittava lujuus. (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/tiedosto: Surface_ Growing.Png)

Mitä suurempi on suurempi molekyylien välinen voima on tehtävä ja sitä suurempi energian syöttö. Tästä syystä rajapintajännitys määritellään myös työn tai energian perusteella, kuten alla mainittiin:

Rajapintojen jännitys on tarvittava työ alueyksikön luomiseksi rajapinnassa. Samoin rajapintajännitys määritellään vapaana energiana, joka vaaditaan luodun alueen yksikköä kohti.

Yhtälö- ja rajapinnan jänniteyksiköt

Molekyylien välisestä verkkovoimasta riippuen rajapintajännityksen yhtälö on:

γ = F/2L          [1]

F = Nettovoima

lens = rajapinnan pituus

Yhtälössä [1] ilmestyvä numero 2 tarkoittaa, että on kaksi pintaa, yksi rajapinnan kullekin pinnalle.

Pinta -alan yksikön luomiseen tarvittava työaineiden riippuen rajapintojen jännitys ilmaistaan ​​seuraavalla yhtälöllä:

γ = W/ΔA          [2]

W - = Työ

ΔA = Pinta -alan nousu

Pinta -alan alueen luomiseen liittyy vapaan energian koulutuksen lisääntyminen.

γ = ΔE-ΔA          [3]

ΔE = Rajapinnan muodostumisen energia

Se voi palvella sinua: lämmityskäyrä: mikä se on, miten se tehdään, esimerkkejä

Kansainvälisen järjestelmän rajapinnan jänniteyksiköt ovat N/M tai Joules/M². Sitä käytetään yleensä myös dynas/cm tai mn/m.

Lämpötilariippuvuus

Yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat rajapintajännitykseen. Kun lämpötila lisää vuorovaikutusvoimia, pienenee tämän seurauksena pinnan supistuva nettovoima vähenee myös rajapinnan jännityksen vähentymisen.

Pintajännitys veden lämpötila-airosta riippuen [(https: // commons.Wikimedia.org/wiki/tiedosto: lämpötila_depenence_surface_tenion_of_water.Svg)]

Jos lämpötila nousee edelleen, tulee aika, jolloin rajapintajännitys peruutetaan ja vaiheiden välillä ei ole erottelupintaa. Lämpötilaa, jossa rajapintajännitys peruutetaan, kutsutaan kriittisiksi lämpötiloiksi (t_c-A.

Syy, miksi rajapintajännitys vähenee.

Rajapintajännityksen mittaus

Pinta-.

Näistä menetelmistä ovat Wilhelmy -levymenetelmä, Du Nouy Ring -menetelmä, vireillä oleva pudotusmenetelmä ja pyörivä pudotusmenetelmä.

Wilhelmy -levymenetelmä

Se koostuu alaspäin suuntautuvan voiman mittaamisesta, joka käyttää nestemäisen faasin pintaa alumiinilla tai lasilevyllä. Levylle kohdistettu nettovoima on yhtä suuri kuin paino plus jännitevoima. Levyn paino saadaan.

Du Nouy Ring -menetelmä

Tässä menetelmässä voima mitataan erottamaan metallirenkaan pinta nestemäisestä pinnasta varmistaen, että ennen mittausta rengas on täysin upotettu nesteeseen. Erotusvoima on yhtä suuri kuin rajapintajännitys ja mitataan suurella tarkkuustasapainolla.

Voi palvella sinua: Planck Constant: kaavat, arvot ja harjoitukset

Odottaa pudotusmenetelmää

Tämä menetelmä perustuu kapillaarista roikkuvan pudotuksen muodonmuutoksen mittaamiseen. Pisara pidetään tasapainossa ripustettaessa, koska jännitevoima vastaa pudotuksen painoa.

Pisaran pidennys on verrannollinen pudotuksen painoon. Menetelmä perustuu pudotuksen pituuden määrittämiseen sen painosta johtuen.

Kaltevuus pudotusmenetelmä [urocyon (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/tiedosto: riipus_drop_test.Svg)]

Pyörivä pudotusmenetelmä

Pyörivä pudotusmenetelmä on erittäin hyödyllinen mittaamalla erittäin alhaiset rajapinnan jännitteet, joita sovelletaan emulsioiden ja mikroemulsioiden tuotantoprosessiin.

Se koostuu pisaran vähemmän tiheän nesteen asettamisesta kapillaariputken sisälle täynnä toista nestettä. Pisaran kohdistuu keskipakoisvoima kiertoliikkeestä johtuen suurella nopeudella, joka pidentää y -akselin pudotusta ja vastustaa jännitevoimaa.

Rajapinnan jännitys saadaan kihdin geometrisen muodon mittoista, muodonmuutosta ja pyörimisnopeudesta.

Viitteet

1. Tadros, t f. Levitä pinta -aktiivisia aineita. Berkshire, UK: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
2. Van Oss, C J. Rajapintavoimat vesipitoisissa väliaineissa. Florida, Yhdysvallat: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Kuva, l ja teixeira, a a. Ruokafysiikka: fysikaaliset ominaisuudet - mittaus ja sovellukset. Saksa: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, r e. Rajapintajännitys. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Öljytuotteen analyysin käsikirja. New Jersey, Yhdysvallat: Jhon Wiley & Sons, 2015.
6. Adamson, w ja gast, p. Pintojen fysikaalinen kemia . Yhdysvallat: John Wiley & Sons, Inc. , 1997.
7. Blunt, M J. Monivaiheinen virtaus läpäisevässä keskiarvossa: huokos-asteikon näkökulma. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2017.