Kluczowa różnica – napięcie powierzchniowe a działanie kapilarne
Napięcie powierzchniowe i działanie kapilarne to właściwości fizyczne substancji płynnych. Są to makroskopowe właściwości cieczy. Kluczowa różnica między napięciem powierzchniowym a działaniem kapilarnym polega na tym, że napięcie powierzchniowe jest mierzone jako siła przyłożona do pewnej długości cieczy wyrażona w jednostce N/m (Newton na metr), podczas gdy działanie kapilarne jest mierzone jako wysokość słupa cieczy który jest wyciągany w górę, wbrew grawitacji podanej przez jednostkę m (metr).
Co to jest napięcie powierzchniowe?
Napięcie powierzchniowe to zjawisko, w którym powierzchnia cieczy, w której ciecz styka się z gazem, zachowuje się jak cienki elastyczny arkusz. Termin napięcie powierzchniowe jest używany tylko wtedy, gdy ciecz ma kontakt z gazem (np. po otwarciu do normalnej atmosfery). Termin „napięcie międzyfazowe” jest używany dla warstwy między dwiema cieczami.
Przyciąganie różnych związków chemicznych powoduje, że cząsteczki cieczy łączą się ze sobą. Cząsteczki cieczy na powierzchni cieczy są przyciągane przez cząsteczki znajdujące się w środku cieczy. To jest rodzaj spójności. Ale przyciąganie między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami powietrza (lub sił adhezji) jest znikome. Dlatego ta warstwa powierzchniowa cząsteczek cieczy działa jak elastyczna membrana. Warstwa powierzchniowa cząsteczek cieczy jest pod napięciem, ponieważ nie ma wystarczających sił przyciągania, aby zrównoważyć działające na nie siły kohezyjne, dlatego stan ten nazywa się napięciem powierzchniowym.
Rysunek 01: Siły przyciągania płynnych cząsteczek na powierzchni cieczy
Wzór do obliczania napięcia powierzchniowego
Napięcie powierzchniowe (γ)=F/d
Tutaj F jest siłą powierzchniową, a d jest długością, na której działa siła powierzchniowa. Dlatego pomiar napięcia powierzchniowego jest podany w jednostce N/m (Newton na metr). Jest to jednostka SI dla pomiaru napięcia powierzchniowego.
Co to jest działanie kapilarne?
Działanie kapilarne to zdolność cieczy do przepływu w wąskich przestrzeniach bez pomocy lub w opozycji do sił zewnętrznych, takich jak grawitacja. Można to zaobserwować jako ciecz przepływającą przez rurkę kapilarną w górę.
Działanie kapilarne występuje z powodu sił międzycząsteczkowych między cząsteczkami cieczy a powierzchnią rurki kapilarnej. Dlatego występuje z powodu sił adhezji. Gdy średnica rurki jest wystarczająco mała, ciecz unosi się przez rurkę pod wpływem zarówno sił adhezyjnych, jak i kohezyjnych. Siły kohezyjne (siły przyciągania między podobnymi cząsteczkami) powodują, że cząsteczki są wciągane w górę.
Gdy rurka kapilarna jest umieszczona w cieczy, na krawędzi rurki tworzy się menisk. Następnie, ze względu na siły adhezji między cząsteczkami cieczy a ścianką rurki, ciecz jest wciągana do góry, aż siła grawitacji działająca na tę ilość cieczy jest wystarczająca do pokonania siły adhezji. Następnie cząsteczki cieczy są wyciągane dzięki kohezji.
Rysunek 02: Działanie kapilarne – model
Działanie kapilarne jest powszechne wśród roślin. Naczynia ksylemowe to kapilary, które mogą pobierać wodę z rozpuszczonymi składnikami odżywczymi w górę. Spełnia to zapotrzebowanie na wodę i składniki odżywcze przez gałęzie i liście dużych roślin.
Jaki jest związek między napięciem powierzchniowym a kapilarą?
Działanie kapilarne tworzy kolumnę cieczy w rurce kapilarnej. Wysokość słupa cieczy można określić za pomocą równania podanego poniżej.
Wzór obliczania wysokości kolumny cieczy
h=2γcosθ / ρgr
W tym
- h to wysokość słupa cieczy,
- γ to napięcie powierzchniowe cieczy (jednostka to N/m),
- θ to kąt kontaktu między cieczą a ścianką rurki,
- ρ to gęstość cieczy, g to przyspieszenie ziemskie (jednostka to Kg/m3),
- r to promień rury (m).
Jaka jest różnica między napięciem powierzchniowym a działaniem kapilarnym?
Napięcie powierzchniowe a działanie kapilarne |
|
| Napięcie powierzchniowe to zjawisko, w którym powierzchnia cieczy, w której ciecz styka się z gazem, zachowuje się jak cienki elastyczny arkusz. | Działanie kapilarne to zdolność cieczy do przepływu w wąskich przestrzeniach bez pomocy lub nawet w opozycji do sił zewnętrznych, takich jak grawitacja. |
| Teoria | |
| Napięcie powierzchniowe to siła działająca na powierzchnię cieczy wystawionej na działanie powietrza. | Działanie kapilarne to przepływ cieczy wbrew sile zewnętrznej bez żadnej pomocy. |
| Pomiar | |
| Napięcie powierzchniowe jest mierzone jako siła przyłożona do określonej długości cieczy, wyrażona w jednostce N/m (Newton na metr). | Działanie kapilarne jest mierzone jako wysokość słupa cieczy, który jest wciągany do góry, w stosunku do grawitacji podanej przez jednostkę m (metr). |
Podsumowanie – Napięcie powierzchniowe a działanie kapilarne
Napięcie powierzchniowe i działanie kapilarne to dwa rodzaje mikroskopijnych właściwości cieczy. Różnica między napięciem powierzchniowym a działaniem kapilarnym polega na tym, że napięcie powierzchniowe jest mierzone jako siła przyłożona do pewnej długości cieczy wyrażona w jednostce N/m (Newton na metr), podczas gdy działanie kapilarne jest mierzone jako wysokość słupa cieczy, która jest ciągnięty w górę, wbrew grawitacji podanej przez jednostkę m (metr).
