Sức căng bề mặt là gì?

Sức căng bề mặt là gì?

Sức căng bề mặt (còn gọi là năng lượng bề mặt hay ứng suất bề mặt, thường viết tắt là σ hay γ hay T) hiểu một cách nôm na là đại lượng đánh giá độ đàn hồi hay độ bền của mặt liên diện giữa hai pha. Tính đàn hồi của mặt lên diện giữa hai pha có được trên cơ sở lực hút phân tử trong mỗi pha và giữa các phân tử của hai pha tiếp giáp mặt liên diện.

Ví dụ tại bề mặt liên diện giữa hai pha: nước (pha lỏng) và không khí (pha khí), sức căng ở bề mặt giọt nước và không khí được hình thành do lực hút giữa các phân tử nước mạnh hơn nhiều lực hút giữa chúng và các phân tử khí cũng như lực hút giữa các phân tử khí với nhau. Do đó giọt nước trong không khí có xu hướng co cụm lại sao cho diện tích bề mặt nhỏ nhất có thể. Nếu độ lớn của lực trọng trường nhỏ hơn, các lực xung quanh giọt nước sẽ cân bằng và nó sẽ có hình cầu.

Bạn đang xem: Sức căng bề mặt là gì?

HIện tượng dính ướt và không dính ướt:

Hiện tượng dính ướt xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa 3 pha: hai pha lỏng (hoặc một pha lỏng và một pha khí) trên bề mặt pha rắn. Ví dụ khi giọt nước nằm trên một bề mặt rắn ưa nước, do lực hút giữa các phân tử ở bề mặt rắn với các phân tử nước lớn hơn nhiều lực hút giữa các phân tử nước với nhau, giọt nước sẽ có xu hướng trải ra tăng diện tích mặt liên diện giữa nước và pha rắn. Bề mặt rắn càng ưa nước thì diện tích nước trải ra càng lớn. Có thể quan sát hiện tượng này trên một số chảo chống dính. Ngược lại nếu một giọt nước (pha lỏng) nằm trên bề mặt rắn không ưa nước (pha rắn), nó sẽ có xu hướng co cụm lại sao cho diện tích bề mặt liên diện nước-không khí (pha khí) và diện tích mặt liên diện nước-bề mặt rắn nhỏ nhất có thể. Chúng ta có thể dễ dàng quan sát hiện tượng này khi nhìn những giọt suơng trên lá vào buổi sáng. Một trong những bề mặt không ưa nước dễ nhận thấy là bề mặt lá sen và lá khoai.

Hiện tượng mao dẫn:

Khi cắm ống mao quản (làm bằng vật liệu ưa nước) vào nước chúng ta cũng có hệ 3 pha gồm: nước (pha lỏng), thành ống mao quản (pha rắn) và không khí (pha khí). Tại mặt liên diện giữa nước và thành ống mao quản, nước sẽ có xu hướng dâng lên, trải ra làm tăng diện tích mặt liên diện hai pha. Tại mặt liên diện giữa nước và không khí, lực hút giữa các phân tử nước mạnh hơn so với giữa nước và không khí làm cho nước có xu hướng co cụm giảm diện tích liên diện, giúp mực nước nâng lên gần bằng với các phân tử nước ở gần thành ống mao quản. Mao quản có đường kính càng nhỏ, vật liệu thành ống mao quản càng ưa nước, áp suất trong pha khí càng thấp, lực trọng trường càng yếu thì mực nước càng dâng cao. Thực tế trong cốc nước bình thường có đường kính tương đối lớn mực nước ở thành cốc cũng vẫn cao hơn so với mực nước ở xa thành nhưng bằng mắt thường khó có thể nhận ra.

Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn đã giúp giải thích một số quá trình như nước vận chuyển từ rễ lên đến lá, tại sao nhện nước bò trên mặt nước, trạng thái cân bằng của nhũ tương cũng như tác dụng tẩy rửa của xà phòng nói riêng hay hoạt tính nói chung của chất hoạt hóa bề mặt,…

Định nghĩa Sức căng bề mặt giữa hai pha

Sức căng bề mặt giữa hai pha là công cơ học thực hiện khi lực căng làm cho diện tích mặt liên diện thay đổi một đơn vị diện tích. Như vậy nó cũng là mật độ diện tích của năng lượng; ý nghĩa này mang lại tên gọi năng lượng bề mặt cho đại lượng vật lý này. Như vậy, trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo sức căng bề mặt tương đương Jun trên mét vuông.

Xem thêm : Bà bầu có ăn được măng không? Lợi ích của măng đối với thai kỳ

Sức căng bề mặt giữa hai pha phụ thuộc vào tính chất các phân tử của từng pha và các điều kiện môi trường như nhiệt độ, áp suất…

Đơn vị sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt được đo bằng đơn vị SI là N / m (newton trên mét), mặc dù đơn vị phổ biến hơn là đơn vị cgs dyn / cm (dyne trên cm).

Để xem xét nhiệt động lực học của tình huống, đôi khi chúng ta nên xem xét nó theo công việc trên một đơn vị diện tích. Trong trường hợp đó, đơn vị SI là J / m 2 (jun trên mét bình phương). Đơn vị cgs là erg / cm 2 .

Các lực này liên kết các hạt bề mặt với nhau. Mặc dù liên kết này yếu – xét cho cùng thì khá dễ dàng để phá vỡ bề mặt của chất lỏng – nó biểu hiện theo nhiều cách.

Ví dụ về sức căng bề mặt

Giọt nước. Khi sử dụng ống nhỏ giọt nước, nước không chảy thành dòng liên tục mà là theo từng giọt. Hình dạng của giọt là do sức căng bề mặt của nước. Lý do duy nhất khiến giọt nước không hoàn toàn hình cầu là do lực hấp dẫn tác động lên nó. Trong trường hợp không có trọng lực, sự thả rơi sẽ giảm thiểu diện tích bề mặt để giảm thiểu lực căng, điều này sẽ dẫn đến một hình cầu hoàn hảo.

Côn trùng đi bộ trên mặt nước. Một số loài côn trùng có thể đi trên mặt nước, chẳng hạn như loài bọ gậy nước. Chân của chúng được hình thành để phân bố trọng lượng, làm cho bề mặt chất lỏng bị lõm xuống, giảm thiểu thế năng tạo ra sự cân bằng lực để người sải chân có thể di chuyển trên mặt nước mà không bị thủng bề mặt. Điều này tương tự về khái niệm mang giày trượt tuyết để đi bộ trên xe tuyết sâu mà chân bạn không bị lún.

Kim (hoặc kẹp giấy) nổi trên mặt nước. Mặc dù khối lượng riêng của những vật này lớn hơn nước, sức căng bề mặt dọc theo chỗ lõm vẫn đủ để chống lại lực hấp dẫn kéo xuống vật thể kim loại. Nhấp vào hình bên phải, sau đó nhấp vào “Tiếp theo” để xem biểu đồ lực của tình huống này hoặc thử thủ thuật Kim nổi cho chính bạn.

Giải thích hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

Xem thêm : Bà bầu ăn su su được không? Món ngon từ su su cho bà bầu

Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng xảy ra ở mọi chất lỏng, sự hình thành lực căng bề mặt chất lỏng là do lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng.

Bên trong lòng chất lỏng các phân tử chất lỏng ở cạnh nhau theo mọi hướng nên lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng bị chia nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh.Đối với các phân tử chất lỏng ở bề mặt, do các phân tử chất lỏng xung quanh bị ít đi nên lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng không bị chia quá nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng giữ cho mặt chất lỏng luôn “căng”.

Lực liên kết giữa các phân tử tại bề mặt chất lỏng lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử bên trong lòng chất lỏng, từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng

Lực căng bề mặt của chất lỏng

Thí nghiệm xác định lực căng bề mặt của chất lỏng:

Dùng một khung hình chữ nhật trên đó có một thanh kim loại tròn, nhúng toàn bộ khung trên vào xà phòng tạo thành một lớp màng mỏng giữ cho thanh kim loại nằm cân bằng.

Lực căng bề mặt chất lỏng xuất hiện có xu hướng làm giảm diện tích của bề mặt chất lỏng

Phá vỡ một bên màng xà phòng, quan sát thí nghiệm ta nhận thấy lực căng bề mặt của chất lỏng có điểm đặt lên đường giới hạn của bề mặt chất lỏng (là phần đường bao quanh giới hạn bởi khung hình chữ nhật và thanh kim loại) và vuông với đường giới hạn, có phương tiếp tuyến với bề mặt của khối chất lỏng và có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng.

Phương pháp đo Sức căng bề mặt

Một cách đo sức căng bề mặt men gốm lúc đang lỏng.

Các phương pháp đo sức căng bề mặt bao gồm:

• Vòng Du Noüy
• Tấm Wilhelmy
• Phương pháp giọt xoay tròn
• Phương pháp giọt pêđan
• Phương pháp áp suất bọt.
• Phương pháp thể tích giọt.

Nguồn: https://luatduonggia.edu.vn
Danh mục: Tổng hợp