Millest sõltub pindpinevusjõud? Vee pindpinevus on seotud piiriga. Näited probleemide lahendamisest

"Me puutusime kokku sellise nähtusega nagu veetilk (artiklites "Tilk vett - nagu see on" ja "Kui palju kaalub tilk vett"). Pindpinevus vastutab vee sfäärilise kuju eest. Proovime täna rääkida veefiltritest, pindpinevus ja tervis. Vaatame, kas siin on mõni oluline (või kasulik) suhe. Ja samal ajal vaatame videot veest nullgravitatsiooniga.

Vee pindpinevus ja tervis käivad harva koos. Tavaliselt on "mineraalid ja tervis", "elus ja surnud vesi", "ja", "oksüdatsiooni-vähendamise potentsiaal ja tervis" jne. Mis on meie meelest veidi kummaline :)

On arvamus: vee vähenenud pindpinevus mõjub inimesele halvemini (paremini). Ja põhjuseks on veefiltrid. Sest nad muudavad seda.

Pinge on jõu rakendamine millelegi eri suundades. Näiteks kümme inimest tõmbavad lina eri suundades. Lehe pinge suureneb. Võite isegi proovida hüpata kõrguselt linale ja mitte ennast liiga kõvasti lüüa :)

Vee pindpinevus – jõud tõmbavad pinda eri suundades.

Selgub, et veepind on venitatud? Kuidas venitatakse, mis nii-öelda “lina tõmbab”? Vee molekuli struktuuri tõttu. Nagu mäletate, on veemolekulil positiivsed ja negatiivsed poolused. Mis moodustavad üksteisega vesiniksidemeid.

Vedeliku mahus tõmbavad molekulid kõikjalt, tõmbejõud on tasakaalus. Ja pealtnäha tuleb pinge ainult “põhjast”. Jõud ei ole tasakaalus, pind tõmbab enda peale. Ja kui gravitatsioon seda ei sega (näiteks nullgravitatsiooni korral), saavutab see jõud oma eesmärgi, nullgravitatsiooniga vesi muutub palliks.

Vastasel juhul: erinevalt selle sügavuses olevatest molekulidest on piirkihis olevad molekulid ainult pooleldi ümbritsetud. Vesiniksidemed tõmbavad need sissepoole ja pingutavad pinda. See oleks umbes sama, kui meie 10 inimest mässiksid end lina sisse ja tõmbaksid selle kõigest jõust sisse. Nad moodustaksid midagi palli sarnast. Kuid inimeste vahel on tühimikud, kuhu lina mahub. Kuid vees pole tühimikke. Nii et saame täiusliku palli :)

Kui me kaevame väga sügavale: kui molekul liigub pinnalt vedelikku, teevad molekulidevahelise interaktsiooni jõud positiivset tööd. Vastupidi, teatud arvu molekulide tõmbamiseks vedeliku sügavusest pinnale (st vedeliku pindala suurendamiseks) on vaja kulutada proportsionaalselt välisjõudude positiivset tööd. pinna muutusele. Seega on pindpinevusjõud võrdne jõuga, mida tuleb rakendada pindala suurendamiseks pindalaühiku kohta. Võrdluseks: vee pindpinevus on 0,07286 N/m.

Näited pindpinevuste kohta Wikipediast:

1. Nullgravitatsiooni korral omandab tilk sfäärilise kuju (keral on väikseim pindala kõigist sama võimsusega kujunditest).
2. Veejuga "kleepub kokku" silindriks.
3. Väikesed esemed, mille tihedus on suurem kui vedeliku tihedus, on võimelised vedeliku pinnal "hõljuma", kuna gravitatsioonijõud on väiksem kui jõud, mis takistab vedeliku pindala suurenemist. Niisiis võib nõel või väike münt veepinnal hõljuda.
4. Mõned putukad (näiteks vesikonnad) on võimelised liikuma läbi vee, jäädes selle pinnale pindpinevusjõudude toimel.
5. Paljudel pindadel, mida nimetatakse mittemärguks, koguneb vesi (või muu vedelik) tilkadeks.

Liigume nüüd edasi filtrite ja vee pindpinevuse juurde.

Kas neil võib olla midagi pistmist pindpinevusega?

Lähme terve tee läbi vee.

• Vesi läheb esmalt jämefiltrisse, kust eemaldatakse liiv ja muud proportsionaalsed osakesed.
• Järgmisena läbib vesi kõige sagedamini aktiivsöefiltrit. Kloor (kui see on olemas) ja orgaaniline aine (kui kivisüsi seda suudab) on eemaldatud.
• Tavaliselt on edasine pöördosmoos poolläbilaskev barjäär; Klaasi voolab puhas vesi ja muud soolad jne. lastakse kanalisatsiooni.

Millistel etappidel juhtub veega midagi, mis muudab selle võimet end kinni hoida? See tähendab, et see muudab pindpinevust? Kui see juhtub, on see pöördosmoosi staadiumis, sest vesi pressitakse läbi väga väikeste kiudude ja mingil moel keerleb.

Ligikaudu sama juhtub ka keetmisel (ka vee puhastamisel) - vee maht jaotub väiksemateks, suhteliselt paigalseisvateks osadeks. Muide, tulemuseks on temperatuuriga aktiveeritud vesi. Mille pindpinevus on mitmete teadlaste sõnul väiksem kui lähteveel.

Kahjuks ei leidnud me täpseid andmeid selle kohta, kui palju pindpinevus keemise või pöördosmoosi abil puhastamise ajal väheneb.

Teine näide on elektromagnetiline veetöötlus. Siin kinnitab pindpinevuse vähenemist huvitav katse. Seega ei kasva riimveega kastetud taimed hästi. Põhjus on selles, et neil on raske sooladega vett sisse tõmmata, soolad ei lase vett taime hästi sisse. Riimvesi läheb aga pärast elektromagnetilist töötlemist taimedesse kergemini läbi ja need ei ole nii tugevalt alla surutud.

Kuid ka siin pole arvulisi andmeid ega katseid.

Nüüd tagasi põhiküsimuse juurde:

Kas pindpinevus ja tervis on seotud?

Jällegi pole eksperimentaalseid andmeid. Kuid seda võib teoreetiliselt eeldada, tuginedes meie teadmistele vee pindpinevuste kohta.

Seega, mida väiksem on vee pindpinevus, seda paremini see rakkudesse imendub (kuna see ei pea vastu ega sega pindpinevust). Järelikult eemaldatakse rakkudest kiiremini ainevahetusproduktid ja muud kahjulikud ained. Üldiselt on keha tervem kui see, kus ainevahetusproduktid ja mürgised ained väljutatakse aeglasemalt.

Järeldus on seega lihtne:

Isegi kui filtrid vähendavad pindpinevust, ei mõjuta see tervist.

Põhineb saidi http://voda.blox.ua/ materjalidel

Molekul M 1 paikneb vedeliku pinnal ja interakteerub mitte ainult vedelikus olevate molekulidega, vaid ka vedeliku pinnal olevate molekulidega, mis asuvad molekulaarse toimesfääris. Molekuli jaoks M 1 piki vedeliku pinda suunatud molekulaarjõudude resultant on null ja molekuli korral M 2, asub pinna serval, R ≠ 0.

Jooniselt fig. 21 on näha, et jõud on suunatud normaalselt vedeliku vaba pinna piirile ja puutuja pinna enda suhtes.

Molekulaarjõud, mis on suunatud piki vedeliku pinda, toimivad selle joone suhtes normaalse vedeliku vaba pinna mis tahes suletud joonel nii, et need kipuvad vähendama suletud joonega piiratud vedeliku pindala.

riis. 21

Näiteks niit pikkusega l (Joon. 22, a). Kui pingutada rõngast seebikilega, toetub niit sellele kilele vabalt, sest molekulaarjõud kipuvad vähendama pindala, mida piirab nii ülemine suletud ring kui ka alumine ring. Murrame kile niidi alt läbi. Siis lühendavad molekulaarjõud ülemise kontuuriga piiratud pinda ja venitavad niiti (joonis 22, b).

riis. 22

Vedelate molekulide vastasmõjust põhjustatud jõudu F N, mis põhjustab selle vaba pinna pindala vähenemist ja mis on suunatud sellele pinnale tangentsiaalselt, nimetatakse pindpinevusjõud.

Uurime, millest tugevus sõltub F N. Tähe “P” kujul painutatud traadil tugevdatakse liigutatavat hüppajat AB(Joonis 23). Raam kastetakse seebilahusesse. Pärast raami eemaldamist lahusest liigub hüppaja asendist üles 1 positsioonile seada 2 pindpinevusjõudude mõjul; l – hüppaja pikkus.

Töö, mida teevad pindpinevusjõud hüppaja liigutamisel 1 V 2

Teisel pool (86)

riis. 23

Koefitsient “2” mõlemas valemis on vajalik, sest kile pinnal on kaks kontaktjoont hüppajaga.

Siis (88) – pindpinevus on võrdne vedeliku vaba pinna piiri pikkuse ühiku kohta mõjuva pindpinevusjõuga.

See tähendab, et vedelik võtab vormi, milles selle vaba pindala on väikseim, sest molekulaarrõhujõud tõmbavad molekulid pinnalt vedelikku ja pindpinevusjõud vähendavad vaba pinda, sest sulgege sellel pinnal moodustunud "aknad".

Küsimused enesekontrolliks:

1. Väljakujunenud eluaja määramine. Millest see aeg sõltub?

2. Loetlege vedeliku omadused.

3. Miks tõmmatakse pinnakihi molekulid vedelikku?

4. Molekulaarrõhu mõiste ja põhjus.

5. Vedeliku pinnakihi vabaenergia määramine.

6. Molekulaarsete jõudude töö valem vedeliku vaba pinna vähendamiseks. Millest sõltub molekulaarjõudude töö?

7. Definitsioon, mõõtühik ja vedeliku pindpinevusteguri arvutamise valem.

8. Pindpinevusjõu definitsioon ja valem.

9. Miks võib vett valada klaasi servadest kõrgemale?

10. Vett katvat puidust ringi on lihtsam eemaldada, tõstes seda mitte tasaseks, vaid selle serva peale. Miks?

11. Tuginedes aine ehituse molekulaarkineetilisele teooriale, selgitage vedelike võimet võtta nullgravitatsiooni korral sfääriline kuju.

12. Miks on kitsa kaelaga pudelisse raske vedelikku valada?

13. Mõned putukad võivad vabalt liikuda veepinnal, justkui kõval pinnal, teised aga, olles puudutanud vett või kukkunud selle pinna alla, ei saa sellest välja ja hukkuvad. Kuidas neid nähtusi seletada?

Teema: "Märgumine ja kapillaarsus"

Niisutamine. Kontaktnurk

Kui kastate klaaspulga elavhõbedasse ja seejärel võtate selle välja, ei ole sellel elavhõbedat. Kui paned pulga vette, siis pärast väljatõmbamist jääb selle otsa tilk vett. See katse näitab, et elavhõbeda molekulid tõmbuvad üksteise poole tugevamini kui klaasmolekulid ja veemolekulid tõmbuvad üksteise poole vähem kui klaasimolekulid.

Kui vedeliku molekulid tõmbuvad üksteise poole vähem kui tahke aine molekulid, siis vedel helistas selle aine niisutamine. Näiteks vesi teeb puhta klaasi märjaks, kuid parafiini ei niisuta.

Kui vedeliku molekulid tõmbuvad üksteise külge tugevamini kui tahke aine molekulid, siis vedel helistas ei niisuta seda ainet. Näiteks elavhõbe ei niisuta klaasi, küll aga niisutab puhast vaske ja tsinki.

Asetame horisontaalselt lame plaadi mõnest tahkest ainest ja tilgutame sellele uuritava vedeliku. Seejärel paikneb tilk nii, nagu on näidatud joonisel fig. 24, a. või nagu joonisel fig. 24, sünd.

Esimesel juhul niisutab vedelik tahket ainet, teisel juhul aga mitte. Märgitud joonisel fig. 24 nurka nimetatakse serva nurk.

Kontaktnurga moodustavad tahke aine tasane pind ja punkti läbiv vedeliku vaba pinna puutuja tasapinnaga. A, kus piirneb tahke, vedeliku ja gaasiga; Kontaktnurga sees on alati vedelikku.

Niisutavate vedelike puhul on kontaktnurk terav ja mittemärgavate vedelike puhul nüri. Et gravitatsioon ei moonutaks kontaktnurka, tuleks tilk võtta võimalikult väikeseks.

riis. 24

riis. 25

Kuna kontaktnurk säilib, kui tahke pind on vertikaalses asendis, tõuseb niisutusvedelik selle anuma servades, kuhu see valatakse (joon. 25, a) ja mittemärgav vedelik langeb (joon. 25). , b).

Märgumise mõõduks on tavaliselt kontaktnurga koosinus, s.o. , mis on positiivne mittemärgavate vedelike puhul ja negatiivne mittemärgavate vedelike puhul.

Kui täiesti märg

Sel juhul levib vedelik üle kogu tahke aine pinna. Täiesti märg keha horisontaalsele pinnale on võimatu tilka saada. Näiteks niisutab vesi puhta klaaspinna täielikult.

Täieliku mitteniiskumisega. Väikesel vedelikutilgal tahke aine horisontaalsel pinnal peaks sel juhul olema palli kuju.

Vedeliku mahu sees olevate molekulide külgetõmbejõud on vastastikku tasakaalus ja ilmnevad ainult piiridel - tahketel seintel, vabal pinnal. Vabal pinnal, kuna õhumolekulide tõmbejõud on palju väiksem kui vedelate molekulide vastastikuse tõmbejõud, ilmneb ruumalasse suunatud resultantjõud. Pinnakihi molekulid on erilises pingeseisundis, tekib õhuke elastne kile ja pind pinevus. Pinna molekulide energia erineb ruumalas paiknevate molekulide energiast. Selle "pinna" energia kogusumma on võrdeline pinnaga S meedia sektsioon:

Selles sõltuvuses sisalduvat proportsionaalsustegurit nimetatakse pindpinevuste koefitsient. Selle suurus sõltub kokkupuutekeskkonna olemusest, vedeliku puhtusastmest ja temperatuurist.

Pindpinevuskoefitsienti saab esitada ka seosega

Kus F– pindpinevusjõud;

l– kandja eraldusjoone pikkus.

Sellest määratlusest on selge, et pindpinevuste koefitsient on jõud, mis toimib keskkonna liidese ühiku pikkuse kohta ja on suunatud vedeliku pinnale tangentsiaalselt.

SI pindpinevuse ühik [ σ ]= N/m, tehnosüsteemis – kg/m.

Vedelike pindpinevustegur on väike. Näiteks vee jaoks temperatuuril T = + 20ºC juures on see umbes 7 G/m. Seetõttu ei võeta hüdraulika puhul tavaliselt arvesse pindpinevusjõude.

Molekulaarrõhk, mis määrab pindpinevuse väärtuse, sõltub vedela ja gaasilise keskkonna vahelise liidese kõverusest. See muutub märgatavaks ainult väikese vedelikumahu korral, näiteks kapillaartorudes. Tänu pindpinevusele moodustub kapillaartorude seinte pinda niisutav vedelik nõgusa meniski ja tõmmatakse ülespoole: seinte tahke pinna molekulide ja vedeliku molekulide vahelised adhesioonijõud on suuremad kui vedeliku sees interaktsiooni molekulaarsed jõud. Mittemärguva pinna korral tekib kapillaartorusse kumer menisk ja torus olev vedelik laskub alla: seina ja vedeliku vastasmõjujõud on väiksemad kui vedeliku sisemised vastasmõjujõud.

Viskoossus

Hüdraulika jaoks on vedeliku väga oluline füüsikaline omadus viskoossus– vedeliku omadus seista vastu vedelikukihtide liikumisele üksteise suhtes.

Molekulaarse interaktsiooni tulemusena vedelikus tekivad sisemised hõõrdejõud: kiiremini liikuv kiht lohiseb mööda aeglasemalt liikuvat kihti, mis omakorda aeglustab kihi kiiremat liikumist. Seega ilmneb viskoossus hõõrdejõu kujul, kui vedelikukihid liiguvad (nihke) üksteise suhtes. Teisisõnu, viskoossus on omadus, mis põhjustab vedelikus selle liikumise ajal tangentsiaalseid pingeid.

I. Newton pakkus välja hüpoteesi, et jõud F viskoossus (hõõrdumine) kahe kõrvuti asetseva kontaktpinnaga vedelikukihi vahel ω võrdne

,

Kus μ – dünaamiline viskoossustegur;

– vedeliku kiiruse ristsuunaline gradient;

– vedelikukihtide nihkumise kiirus üksteise suhtes;

– külgnevate vedelikukihtide telgede vaheline kaugus.

Miinusmärk valemis näitab, et hõõrdejõud on suunatud liikumissuunale vastupidiselt.

Dünaamilise viskoossusteguri mõõde SI [ μ ] = N s/m2 (Pa s). GHS-süsteemis nimetatakse dünaamilise viskoossuse ühikut tasakaalukas prantsuse teadlase A. Poiseuille auks.

Dünaamiline viskoossuse koefitsient (dünaamiline viskoossus) sõltub vedeliku olemusest ja temperatuurist. Vedeliku temperatuuri tõustes suureneb viskoossuse koefitsient μ väheneb .

Kui kihtidevaheline hõõrdejõud on seotud kihtide kokkupuutepinnaga, siis tekkivat erihõõrdejõudu nimetatakse nihkepinge:

.

Koos dünaamilise viskoossusteguriga kasutatakse seda laialdaselt hüdraulikas. kinemaatiline viskoossuse koefitsient ν, mis esindab suhet μ tiheduseni ρ :

millel on SI ja tehnilise süsteemi mõõde . Kuni 1980. aastani oli kinemaatilist viskoossust võimalik mõõta Stokesi järgi (inglise hüdromehaaniku J. Stokesi järgi nime saanud): 1 Stoke = 1 cm 2 /s.

Viskoossus mängib vedeliku liikumise protsessis väga olulist rolli. Looduses on vähe vedelikke, mille viskoossus on väiksem kui vee viskoossus, kuid palju on kõrge viskoossusega vedelikke (õlid, nafta) ja väga viskoosseid vedelikke (glütseriin, melass).

Ideaalne vedelik. Hüdraulika puhul kasutatakse seda mõistet sageli ja see mängib olulist rolli. "ideaalne" vedelikud.

Ideaalse vedeliku all mõistetakse vedelikku, mille osakestel on absoluutne liikuvus, st ideaalsel vedelikul puudub viskoossus, see ei paisu soojust ja on absoluutselt kokkusurumatu. Sellise teadusliku abstraktsiooni kasutuselevõtt reaalse vedeliku asemel lihtsustab mitmete hüdrauliliste probleemide lahendamist, võimaldab laialdaselt kasutada matemaatilisi meetodeid ning teeb üldistusi ja analoogiaid. See lähenemisviis on teaduslikult põhjendatud ning kasulik ja viljakas. Loomulikult on ideaalse vedeliku jaoks saadud lahenduste ja järelduste rakendamisel konkreetsetes oludes vaja teha vajalikud muudatused ja täiendused, mis tulenevad praktikast ja arvestavad tegelikke tingimusi. Kuid nagu kogemus on näidanud, ühtivad sel viisil saadud voolumustrid päris hästi reaalsete protsessidega.

Definitsioon 1

Pindpinevus on vedeliku impulss oma vaba pinna vähendamiseks, see tähendab liigse potentsiaalse energia vähendamiseks gaasifaasist eraldumise piiril.

Mitte ainult tahked füüsilised kehad, vaid ka vedeliku enda pind on varustatud elastsete omadustega. Igaüks on oma elus näinud, kuidas seebikile venib, kui mullid veidi puhuda. Seebikiles esinevad pindpinevusjõud püüavad teatud aja jooksul õhku kinni, sarnaselt sellele, kuidas kummipõis hoiab õhku jalgpallipallis.

Pindpinevus ilmneb põhifaaside, näiteks gaasilise ja vedela või vedela ja tahke faasi liideses. See on otseselt tingitud asjaolust, et vedeliku pinnakihi elementaarosakesed kogevad alati erinevaid tõmbejõude nii seest kui väljast.

Seda füüsikalist protsessi võib vaadelda veetilga näitel, kus vedelik liigub nagu oleks elastses kestas. Siin tõmbavad vedela aine pinnakihi aatomid oma sisemiste naabrite poole tugevamini kui välisõhuosakesed.

Üldiselt võib pindpinevust seletada lõpmata väikese või elementaarse tööna $\sigma A$, mis tuleb teha vedeliku kogupinna suurendamiseks lõpmata väikese summa $dS$ võrra konstantsel temperatuuril $dt$.

Vedelike pindpinevuste mehhanism

Joonis 2. Skalaarne positiivne suurus. Autor24 - õpilastööde veebivahetus

Erinevalt tahketest ainetest ja gaasidest ei suuda vedelik täita kogu anuma mahtu, kuhu see asetati. Auru ja vedela aine vahele moodustub teatud liides, mis toimib eritingimustes võrreldes teiste vedelate massidega. Selgema näite jaoks kaaluge kahte molekuli $A$ ja $B$. Osake $A$ asub vedeliku enda sees, molekul $B$ asub otse selle pinnal. Esimest elementi ümbritsevad ühtlaselt teised vedeliku aatomid, mistõttu molekulile mõjuvad jõud molekulidevahelise interaktsiooni sfääri langevatest osakestest on alati kompenseeritud ehk teisisõnu nende resultantvõimsus on null.

$B$ molekuli raamivad ühelt poolt vedelikumolekulid, teiselt poolt gaasiaatomid, mille lõppkontsentratsioon on oluliselt madalam kui vedeliku elementaarosakeste kombinatsioonil. Kuna vedeliku poolelt mõjutab $B$ molekuli palju rohkem molekule kui ideaalse gaasi poolelt, siis ei saa kõigi molekulidevaheliste jõudude resultant enam võrdsustada nulliga, kuna see parameeter on suunatud gaasi ruumala sisse. ainet. Seega selleks, et vedeliku sügavusest pärit molekul jõuaks pinnakihti, tuleb teha tööd kompenseerimata jõudude vastu. See tähendab, et pinnatasandil olevad aatomid on võrreldes vedeliku sees olevate osakestega varustatud liigse potentsiaalse energiaga, mida nimetatakse pinnaenergiaks.

Pindpinevuste koefitsient

Joonis 3. Pindpinevus. Autor24 - õpilastööde veebivahetus

2. definitsioon

Pindpinevustegur on füüsikaline näitaja, mis iseloomustab konkreetset vedelikku ja on arvuliselt võrdne pinnaenergia suhtega vedeliku vaba keskkonna kogupindalaga.

Füüsikas on pindpinevusteguri SI põhimõõtühik (N)/(m).

See väärtus sõltub otseselt:

• vedeliku iseloom (lenduvate elementide, nagu alkohol, eeter, bensiin, pindpinevustegur on oluliselt väiksem kui mittelenduvate elementide – elavhõbe, vesi) puhul;
• vedela aine temperatuur (mida kõrgem temperatuur, seda väiksem on lõplik pindpinevus);
• antud vedelikuga piirneva ideaalse gaasi omadused;
• stabiilsete pindaktiivsete ainete, nagu pesupulber või seep, olemasolu, mis võivad vähendada pindpinevust.

Märkus 1

Samuti tuleb märkida, et pindpinevusparameeter ei sõltu vaba vedela keskkonna algsest pindalast.

Samuti on mehaanikast teada, et süsteemi muutumatud olekud vastavad alati tema siseenergia minimaalsele väärtusele. Selle füüsikalise protsessi tulemusena omandab vedel keha sageli minimaalse pindalaga vormi. Kui vedelikku ei mõjuta kõrvalised jõud või nende mõju on äärmiselt väike, on selle elemendid veetilga või seebimulli kujul kera kujul. Vesi hakkab sarnaselt käituma, kui see on nullgravitatsioonis. Vedelik liigub nii, nagu mõjuksid antud keskkonda kokkutõmbuvad tegurid selle põhipinna suhtes tangentsiaalselt. Neid jõude nimetatakse pindpinevusjõududeks.

Järelikult võib pindpinevuskoefitsienti määratleda ka pindpinevusjõu põhimoodulina, mis üldiselt toimib vaba vedelat keskkonda piirava algkontuuri pikkuse ühiku kohta. Nende parameetrite olemasolu muudab vedela aine pinna välja nagu venitatud elastne kile, ainsaks erinevuseks on see, et kile püsivad jõud sõltuvad otseselt selle süsteemi pindalast ja pindpinevusjõud ise on võimelised. iseseisvalt töötada. Kui asetate veepinnale väikese õmblusnõela, siis piste paindub ja takistab selle vajumist.

Välise teguri toime võib kirjeldada kergete putukate, näiteks vesilindude libisemist kogu reservuaaride pinnal. Nende lülijalgsete jalg deformeerib veepinda, suurendades seeläbi selle pindala. Selle tulemusena tekib pindpinevusjõud, mis kipub sellist pindalamuutust vähendama. Tulemusjõud on alati suunatud ainult ülespoole, kompenseerides samal ajal gravitatsiooni mõju.

Pindpinevuse tulemus

Pindpinevuste mõjul kipuvad väikesed vedelikukogused võtma sfäärilise kuju, mis sobib ideaalselt väikseima keskkonnaga. Sfäärilise konfiguratsiooni lähenemine saavutatakse, mida rohkem, seda nõrgemad on algsed gravitatsioonijõud, kuna väikeste tilkade korral on pindpinevusjõud palju suurem kui gravitatsiooni mõju.

Pindpinevust peetakse faasiliideste üheks olulisemaks omaduseks. See mõjutab otseselt füüsiliste kehade ja vedelike peenosakeste moodustumist nende eraldamisel, samuti elementide või mullide sulandumist udus, emulsioonides, vahtudes ja adhesiooniprotsessides.

Märkus 2

Pindpinevus määrab tulevaste bioloogiliste rakkude ja nende põhiosade kuju.

Selle füüsilise protsessi jõudude muutmine mõjutab fagotsütoosi ja alveolaarse hingamise protsesse. Tänu sellele nähtusele suudavad poorsed ained pikaks ajaks kinni hoida tohutul hulgal vedelikku isegi õhuaurudest.Väga levinud on kapillaarnähtused, millega kaasneb kapillaaride vedelikutaseme kõrguse muutus võrreldes vedeliku tasemega laiemas anumas. . Need protsessid põhjustavad vee tõusu pinnases, piki taimede juurestikku ja bioloogiliste vedelike liikumist läbi väikeste torukeste ja anumate süsteemi.

Pindpinevuse mõiste

Pind pinevus nimetatakse liidese termodünaamilisteks karakteristikuteks, mis on määratletud kui selle pinna ühiku pindala pöörduva isotermilise moodustumise töö. Vedeliku puhul loetakse pindpinevust jõuks, mis mõjub pinnakontuuri pikkuseühiku kohta ja kipub pinda kahandama antud faasimahtude korral miinimumini.

Õli on õliga dispergeeritud süsteem, mis koosneb dispergeeritud faasist ja dispersioonikeskkonnast.

Dispergeeritud faasiosakese (näiteks asfalteeni assotsieerunud aine, veekera vms) pinnal on vaba pinnaenergia ülejääk F s, võrdeline liidese alaga S:

Suurusjärk σ Seda ei saa käsitleda mitte ainult eripinnaenergiana, vaid ka kontuuri pikkuse ühiku kohta rakendatava jõuna, mis piirab pinda, mis on suunatud piki seda pinda kontuuriga risti ja kipub pinda pingutama või vähendama. Seda jõudu nimetatakse pind pinevus.

Pindpinevuse toimet saab visuaalselt kujutada jõudude kogumina, mis tõmbavad pinna servi keskpunkti poole.

Iga vektori noole pikkus peegeldab pindpinevuse suurust ja nendevaheline kaugus vastab aktsepteeritud pinnakontuuri pikkuse ühikule. Koguse mõõtmena σ võrdselt kasutatakse nii [J/m 2 ] = 10 3 [erg/cm 2 ] kui ka [N/m] = 10 3 [dyne/cm].

Pindpinevusjõudude toimel kipub vedelik oma pinda vähendama ja kui gravitatsioonijõu mõju on ebaoluline, omandab vedelik sfääri kuju, mille pindala on minimaalne ruumalaühiku kohta.

Pindpinevus on erinevate süsivesinike rühmade puhul erinev – maksimaalne aromaatsete ja minimaalne parafiinsete ainete puhul. Süsivesinike molekulmassi suurenedes see suureneb.

Enamikul polaarsete omadustega heteroaatomilistel ühenditel on pindpinevus madalam kui süsivesinikel. See on väga oluline, kuna nende olemasolu mängib olulist rolli vesi-õli ja gaasiõli emulsioonide moodustumisel ning nende emulsioonide järgnevates hävimisprotsessides.

Pindpinevust mõjutavad parameetrid

Pindpinevus sõltub oluliselt temperatuurist ja rõhust, samuti vedeliku ja sellega kokkupuutuva faasi (gaas või vesi) keemilisest koostisest.

Temperatuuri tõustes pindpinevus väheneb ja kriitilisel temperatuuril on null. Rõhu tõustes väheneb ka pindpinevus gaasi-vedeliku süsteemis.

Naftasaaduste pindpinevuse saab arvutada võrrandi abil:

Ümberarvutamine σ ühest temperatuurist T0 teisele T saab läbi viia vastavalt suhtele:

Mõnede ainete pindpinevusväärtused.

Nimetatakse aineid, mille lisamine vedelikule vähendab selle pindpinevust pindaktiivsed ained(pindaktiivne aine).

Nafta ja naftasaaduste pindpinevus sõltub neis sisalduvate pindaktiivsete komponentide hulgast (vaigulised ained, nafteen- ja muud orgaanilised happed jne).

Madala pindaktiivsete komponentide sisaldusega naftatoodetel on suurim pindpinevus veega kokkupuutel, kõrge sisaldusega naftatoodetel aga madalaim.

Hästi rafineeritud naftatoodetel on veega kokkupuutel kõrge pindpinevus.

Pindpinevuse vähenemine on seletatav pindaktiivsete ainete adsorptsiooniga liideses. Lisatava pindaktiivse aine kontsentratsiooni suurenedes väheneb vedeliku pindpinevus esmalt intensiivselt ja seejärel stabiliseerub, mis näitab pinnakihi täielikku küllastumist pindaktiivse aine molekulidega. Naturaalsed pindaktiivsed ained, mis muudavad järsult õlide ja naftasaaduste pindpinevust, on alkoholid, fenoolid, vaigud, asfalteenid ja mitmesugused orgaanilised happed.

Tahke ja vedela faasi piirpinnal tekkivad pinnajõud on seotud märgumis- ja kapillaarnähtustega, millel põhinevad kihistudes toimuvad õlimigratsiooni protsessid, petrooleumi ja õli kerkimine mööda lampide ja õlikanistrite tahke jne.

Pindpinevuse katseline määramine

Õlide ja naftasaaduste pindpinevuste katseliseks määramiseks kasutatakse erinevaid meetodeid.

Esimene meetod (a) põhineb jõu mõõtmisel, mis on vajalik rõnga eraldamiseks kahe faasi liidesest. See jõud on võrdeline rõnga ümbermõõdu kahekordse jõuga. Kapillaarmeetodil (b) mõõdetakse vedeliku tõusu kõrgust kapillaartorus. Selle puuduseks on vedeliku tõusu kõrguse sõltuvus mitte ainult pindpinevuse väärtusest, vaid ka kapillaaride seinte uuritava vedelikuga niisutamise olemusest. Kapillaarmeetodi täpsem versioon on rippuva tilga meetod (c), mis põhineb kapillaarist väljuva vedelikutilga massi mõõtmisel. Mõõtmistulemusi mõjutavad vedeliku tihedus ja tilga suurus ning neid ei mõjuta vedeliku kokkupuutenurk tahkel pinnal. See meetod võimaldab määrata surveanumate pindpinevust.

Kõige tavalisem ja mugavam viis pindpinevuse mõõtmiseks on mullide või tilkade kõrgeima rõhu (g) ​​meetod, mis on seletatav konstruktsiooni lihtsuse, suure täpsusega ja määramise sõltumatusega märgumisest.

See meetod põhineb asjaolul, et õhumulli või vedelikutilga kitsast kapillaarist teise vedelikuks pigistamisel tekib pindpinevus. σ vedeliku piiril, millesse tilk lastakse, proportsionaalselt suurima rõhuga, mis on vajalik tilga väljapressimiseks.