Povrchové napätie: Rozdiel medzi revíziami

Pridaných 1 324 bajtov ,  pred 1 mesiacom
→‎Príčina povrchového napätia: doplnenie, spresnenie správania
(odkaz - oprava odkazu na molekula, faza (termodynamicka), oprava preklepov)
(→‎Príčina povrchového napätia: doplnenie, spresnenie správania)
 
[[Súbor:2006-01-15 coin on water.jpg|thumb|Vďaka povrchovému napätiu môže minca plávať na povrchu kvapaliny]]
 
'''Povrchové napätie''' je [[sila]] na [[ fázové rozhranie|rozhraní]] [[kvapalina|kvapaliny]] a [[plyn]]u, dvoch kvapalín, ktoré sa [[rozpustnosť|nemiešajú]], a niekedy ajalebo kvapaliny a [[tuhé skupenstvo|tuhej látky]], ktorá pôsobí v povrchu kvapaliny kolmo na jednotku dĺžkypovrch. Meria sa ako plošná hustota [[energia|energie]] povrchovej vrstvy kvapaliny. Jeho jednotkou je N/m. Povrchové napätie je aj názov zodpovedajúceho javu.
 
Povrchové napätie spôsobuje, že sa povrchová vrstva správa ako elastická blana. Tento jav umožňuje [[hmyz]]u (ako je napríklad [[vodný pavúk]]) pohybovať sa po povrchu vody a spôsobuje aj [[kapilárne javy]]. Medzipovrchové napätie je meno pre rovnaký jav, ktorý prebieha medzi dvoma kvapalinami.
 
== Príčina povrchového napätia ==
[[Súbor:WassermoleküleInTröpfchen-2.svg|vľavo|náhľad|Vznik povrchového napätia - medzimolekulové sily sa vo vnútri kvapaliny kompenzujú, kým na povrchu spôsobujú priťahovanie molekuly na povrchu do vnútra.]]
Povrchové napätie je spôsobené priťahovaním medzi [[molekula]]mi kvapaliny rôznymi medzimolekulárnymi silami. Vnútri kvapalnejkvapaliny [[Fázaje (termodynamika)|fázy]]v jepriemere každá molekula priťahovaná ostatnými molekulami rovnako všetkými smermi, [[sčítavanie síl|suma týchto síl]] je v priemere rovná nule. Na povrchu sú molekuly priťahované dovnútra ďalšími molekulami, ale nie sú priťahované rovnakou silou molekulami susediacej fázylátky (či už je to [[vákuum]], vzduch alebo iná kvapalina). V dôsledku toho sú všetky molekuly na povrchu kvapaliny sústavne vťahované dovnútra fázy,kvapaliny. pričomKvapalina tátosa silateda jesama vyváženástláča odporoma kvapalinysnaží vočisa zmenšiť svoj [[kompresia|kompresiipovrch]]. KvapalnáAk fázana sakvapalinu tedanepôsobia samainé stláčasily, zaujme kýmtvar nadobudnegule, najmenšíkeďže možnýguľa je tvar, v ktorom má kvapalina najmenší [[povrch]].
 
Iný spôsob vyjadrenia povrchového napätia je, že každá molekula kvapaliny, ktorá je v kontakte so susednou molekulou je na nižšej energetickej úrovni ako keby nebola v kontakte so susednou molekulou. Molekuly vo vnútri fázy majú toľko susedných molekúl, ako je možné mať. Molekuly na povrchu však majú menej susediacich molekúl, s ktorými by boli v kontakte a sú preto na vyššej energetickej úrovni. Aby kvapalina dosiahla čo najnižšiu energetickú úroveň, musí zmenšiť svoj povrch.<ref name="white">White, Harvey E. ''Modern College Physics'', van Nostrand 1948</ref>
[[Súbor:Water_drop_animation_enhanced_small.gif|thumb|Voda vytvára kvapky]]
[[Súbor:Waterdrops.jpg|thumb|Vodné kvapky na hladkom povrchu]]
Výsledné správanie kvapaliny záleži od všetkých síl, ktoré na kvapalinu pôsobia - ak sa kvapalina dotýka rôznych povrchov, je potrebné zohľadniť tieto povrchy.
 
Niekoľko príkladov účinkov povrchového napätia pozorovateľné na vode:
 
* '''Vodovodný kohútik'''. Na animácii ukazuje, ako sa voda drží mriežke vo na kohútiku a zozačiatku ju je povrchové napätiea rastie schopné udržať na mriežke. To sa deje až do okamihu, kým ju už povrchové napätie nedokáže ďalej udržať na kohútiku. Potom sa kvapka oddelí od kohútika. Ak by z kohútika tiekol silnejší prúd, jeho prípadná nestabilita a rozpad prúdu na kvapôčky je tiež spôsobovaná povrchovým napätím a opisuje ju [[Plateau-Rayleighho nestabilita]].
* '''Zaguľatenie''' dažďovej vody na povrchu voskovaného auta. Keďže voda nezmáča vosk, povrchové napätie bráni roztiahnutiu kvapky po povrchu vosku.
*'''Zaguľatenie''' dažďovej vody na povrchu voskovaného auta. Keďže voda nezmáča vosk (čo je prejavom toho, že rozhranie vosk-voda má vysokú hodnotu povrchového napätia v porovnaní s rozhraním voda-vzduch), voda uprednostní väčší povrch rozhrania voda-vzduch v porovnaní s povrchom rozhrania voda-vosk. Je to spôsobené tým, že molekuly vody sa priťahujú vzájomne viac než vosk priťahuje molekuly vody (ak zanedbáme priťahovanie vody vzduchom). Uhol zmáčania (kontaktný uhol) opisuje, ako veľmi silný je tento efekt.
* '''Kvapky''' sa tvoria, keď je natiahnutá masa vody. Na animácii vidieť ako sa drží kvapka na kohútiku kým rastie, dovtedy kým ju už povrchové napätie nedokáže ďalej udržať na kohútiku. Potom sa kvapka oddelí od kohútika a nadobudne tvar gule. Ak by z kohútika tiekol silnejší prúd tento by sa pôsobením gravitácie najprv natiahol a potom rozdelil na malé guličky.
*'''Nadnášanie ľahkých predmetov na kvapaline''' napríklad spinky na vode. V tejto situácii je dôležité, aby kvapalina predmet nezmáčala. Potom pri kladení predmetu na povrch kvapaliny sa povrch kvapaliny zakriví. Ak je povrchové napätie rozhrania napr. objekt-kvapalina tak vysoké, že vykompenzuje gravitačnú silu objektu, objekt zostane na povrchu kvapaliny.
 
Povrchové napätie má veľký vplyv na iné bežné javy, najmä ak sú určité látky ([[tenzid]]y) použité na jeho zníženie:
* '''Bubliny''' majú veľmi veľký povrch pri veľmi malej hmotnosti. Čistá voda nedokáže vytvoriť samostatné bubliny, na to má príliš vysoké povrchové napätie. S použitím tenzidu je však možné znížiť povrchové napätie na menej ako desatinu, čo robí zväčšenie povrchu jednoduchýmmenej energeticky náročným.
* '''Koloidy''' sú podobné roztokom, povrchové napätie je pre ne veľmi dôležité. Olej sa spontánne nezmiešava s vodou, ale za prítomnosti tenzidu dokáže olej tvoriť drobné kvapôčky rozptýlené vo vode alebo naopak.
 
23

úprav