الشد السطحي ( التوتر السطحي )

ياسمين · #1 28-02-2008, 00:32

تنشأ ظاهرة التوتر السطحي عن قوى التماسك وقوى التلاصق بين الجزيئات عند سطوح السوائل وهي خاصية سطحيه لا وجود لها داخل السائل . وإذا اعتبرنا جزيئاً موجود داخل السائل ، فإنه يكون واقعاً تحت تأثير قوى تجاذب الجزيئات المحيطة به من جميع الجهات ، ولذلك فإن محصلة هذه القوى تساوي صفراً . أما الجزئ الموجود على السطح .. فإنه يقع تحت تأثير قوى جذب الجزيئات التي تحته فقط ، وتكون محصلة هذه القوى إلى أسفل ، أي إن الجزيئات الموجودة عند السطح تكون متأثرة بقوى تشدها ، نحو باطن السائل وفي اتجاه عمودى على سطحه . وعلى هذا الأساس .. فإن الجزئ الذي يصعد إلى سطح السائل سوف ينجذب ، أو يشد فجأة إلى باطن السائل .

وبالتالى فإن الجزيئات الموجودة على سطح لابد لها وأن تكون مختزنة لكمية من الطاقة ، تساوى الشغل الذي بذلته إلى أن وصلت إلى سطح السائل ، أى إن هذه الجزيئات تكون لها طاقة وضع . ومن هنا يتضح أن السطح العلوى من السائل يتكون من جزيئات متراصة ذات طاقة وضعية معينة ، ولهذا فهى في حالة تزاحم ، تحاول أن تتجه مرة أخرى نحو باطن السائل ، وهذا ما يكسب سطح السائل خواص أشبه ما تكون بصفات الغشاء المرن الرقيق المشدود .

و يعرف التوتر السطحي لسائل

بأنه القوى المؤثرة عمودياً على وحدة الأطوال من أى خط مماسى لسطح السائل ، ويقاس معامل التوتر السطحى بوحدات نيوتن / م .
وتعمل قوى التوترالسطحى على إنقاص مساحة سطح السائل إلى أقل ما يمكن ، وبما أن الشكل الكرى له أقل مساحة ممكنة لذلك .. فإن قطرات السائل تتخذ دائما شكلاً كرياً بسبب قوى التوتر السطحى المؤثرة عمودياً على سطحها نحو الداخل .

ياسمين · #2 28-02-2008, 00:39

العلاقة بين التوتر السطحي والزيادة في الضغط داخل فقاعة سائل كرية

نفرض أن لدينا فقاعة هواء كرية الشكل ، نصف قطرها ( نق ) ، ولها سطح واحد من سائل توتره السطحى ( ت ) .
يوجد داخل هذه الفقاعة هواء ضغطه أكبر من الضغط الخارجي بمقدار ( ض ) ، يحاول هذا الضغط تكبير الفقاعة ، يعاكس هذا الضغط ويتساوى معه ضغط ناشئ عن قوى التوتر السطحى ، التي تحاول أن تجعل الفقاعة أصغر ما يمكن .
نتصور مقطعاً بقطع الفقاعة الكرية لنصفين متساويين . ونفترض اتزان الفقاعة كما هو مبين بالشكل .

عند السطح المستوى المار بالمركز ، تكون قوة ضغط الهواء إلى أعلى مساوية لقوة التوتر السطحي الأسفل
ض ∏ نق2 = 2 ∏ نق. ت
ض = 2 ت / نق
وفي حالة الفقاعة الكرية المزدوجة مثل فقاعة الصابون في الهواء ، حيث يوجد لها سطحان متقاربان ، فإن :
ض ∏ نق2 = 2( 2 ∏ نق). ت
اذاً ض = 4ت / نق