Tension superficielle : 7 facteurs importants qui y sont liés

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Cohésion et adhésion

Tout d'abord, nous essayons de comprendre certains termes utiles dans l'étude de la tension superficielle. Le liquide a des propriétés comme la cohésion. Cohésion est une propriété dans laquelle une molécule de liquide attire une autre molécule plus proche. Adhésion est une propriété dans laquelle les molécules de fluide sont attirées par un contact de surface solide avec lui. En bref, nous pouvons dire que la force entre des molécules similaires est la cohésion et la force entre des molécules différentes est l'adhésion.

Prenons un exemple.

Si nous déposons des gouttelettes de mercure sur n'importe quelle surface, elles essaient de se former en gouttelettes car la cohésion est supérieure à la force d'adhésion. Vous recevrez un avis indiquant que les gouttelettes de mercure ne collent pas sur la surface solide. Le Mercure essaiera de rester à l'écart de la surface solide; il ne mouillera pas la surface solide.

Prenons maintenant un autre exemple si nous considérons que les particules d'eau tombent à la surface. Il se répandra sur toute la surface du béton. Cela se produit parce que la force adhésive est plus importante que la force cohésive dans ce cas. L'angle de contact entre le liquide et la surface solide peut décrire le mouillage et le non-mouillage de la surface.

Surface Tension
Mouillage et non-mouillage du liquide crédit Hisôki

Reportez-vous à la figure ci-dessus, le gaz liquide et l'interface de surface solide, le liquide sera là où la surface solide lorsque l'angle est inférieur à 90 degrés (π / 2). Le mouillage de la surface augmente avec la diminution de l'angle. Si l'angle est supérieur à 90 degrés, le liquide ne mouillera pas la surface solide. L'angle dépend de la nature de la surface, des types de liquide, de la surface solide et de la propreté.

Si l'on considère que l'eau pure entre en contact avec la surface en verre propre. L'angle est de 0 (zéro) degré dans ce cas. Si nous ajoutons des impuretés dans l'eau: l'angle augmentera avec l'ajout d'impuretés. Comme nous l'avons vu, le mercure est un liquide non mouillant, l'angle est donc compris entre 130 et 150 degrés.

Surface Tension

Dans le liquide, les molécules se trouvent sous la surface libre. Chaque molécule de liquide attire la molécule à proximité. La force de cohésion moléculaire est la même dans toutes les directions. Toutes les forces sont de même ampleur et de direction opposée. Donc, il sera annulé dans un liquide. Cela peut être la raison de l'équilibre dans le liquide. Il n'y a pas de force résultante présente dans le liquide.

Supposons que nous considérions les molécules les plus hautes de liquide se trouvant à une surface libre car nous savons qu'il n'y a pas de molécules liquides dessus. Alors ici, ils sont attirés par les molécules liquides qui se trouvent en dessous d'eux. Ces molécules liquides de surface libre ressentiront la force de traction à l'intérieur du liquide. Cette force agit comme une force élastique. Les dépenses par unité de surface de la surface sont appelées tension superficielle.

La tension superficielle est notée Sigma (σ). La tension superficielle se produit à l'interface liquide-gaz, interface liquide-liquide. La raison de la tension superficielle est une attraction intermoléculaire due à la cohésion.

Comprenons-le en profondeur en considérant quelques exemples pratiques,

  • Vous avez vu des gouttelettes de liquide de forme sphérique. La raison de sa forme sphérique est la tension superficielle.
  • Vous remarquerez peut-être que si nous versons soigneusement de l'eau à l'intérieur du verre. Même si le verre est rempli, nous pouvons quand même ajouter de l'eau au-dessus de la limite de verre.
  • Supposons que nous expérimentions avec un mince tube de verre à la surface de l'eau. On peut rapidement remarquer une montée et une dépression capillaires à l'intérieur d'un mince tube de verre.
  • Les oiseaux peuvent boire de l'eau du plan d'eau en raison de la tension superficielle.

Bien que la pression et la force de gravité soient plus élevées que la force de tension superficielle, la force de tension superficielle joue un rôle important lorsqu'il y a une surface libre et de petites dimensions. L'unité de tension superficielle est N / m. L'ampleur de la tension superficielle dépend des facteurs suivants:

  • Type de liquide
  • Type de gaz, liquide ou solide de l'état environnant
  • L'énergie cinétique des molécules
  • Température des molécules

Si nous augmentons la température d'une substance comme un liquide, l'attraction intermoléculaire diminue car la distance entre les molécules augmente. La tension superficielle dépend de l'attraction intermoléculaire (cohésion). La valeur de la tension superficielle du liquide est prise pour l'air en tant que milieu environnant,

La tension superficielle de l'interface air-eau est 0.073 N / m.

La valeur de la tension superficielle diminue avec l'augmentation de la température.

Capillaire

Si un tube étroit est plongé dans l'eau, l'eau montera à l'intérieur du tube à un certain niveau. Ce type de tube s'appelle un tube capillaire, et ce phénomène s'appelle l'effet capillaire. Un autre nom de l'effet capillaire est l'effet ménisque.

L'effet capillaire est dû à la force de tension superficielle. La montée et la dépression capillaires se produisent en raison de la cohésion et de l'attraction intermoléculaire d'adhésion. La force d'adhésion entre la surface du tube et une molécule d'eau est supérieure à la force de cohésion entre les molécules d'eau. Pour cette raison, les molécules d'eau peuvent être observées sous forme concave sur la surface du tube.

Le poids du liquide monte ou descend dans un tube de petit diamètre

= (Surface du tube * Montée ou descente) * (poids spécifique)

= (π / 4 * d2* h) w

Composante verticulaire de la force de tension superficielle

= σ cosθ * circonférence

= σ cosθ * πd

Si nous considérons l'équilibre, la force ascendante équilibre la force descendante, de sorte que la composante de la force est donnée comme suit:

(π / 4 * d2 * h * w) = σ cosθ * πd

H = (4 σ cosθ / wd)

capillaire 1
Tube capillaire

On peut observer sous un angle que si l'angle est compris entre 0 et 90 degrés, la valeur de h est une formation de forme concave positive et une élévation capillaire. Si l'angle est compris entre 90 et 180 degrés, le h est la formation de forme convexe négative et la dépression capillaire.

Si le liquide est du mercure, alors l'effet est complètement inversé. Dans le cas du mercure, la force de cohésion est plus importante que la force d'adhésion. Pour cette raison, les molécules de mercure forment une forme convexe sur la surface du tube.

L'effet capillaire est inversement proportionnel au diamètre du tube. Si vous souhaitez éviter l'effet capillaire, vous ne devez pas choisir un tube de petit diamètre. Le diamètre minimum du tube est recommandé pour l'eau et le mercure est 6 mm. La surface à l'intérieur du tube doit être propre.

Évaporation

L'évaporation est définie comme un changement d'état de liquide à gazeux. Le taux de fonctionnement dépend de l'état de pression et de température du liquide.

Prenons un exemple,

Supposons que le liquide se trouve à l'intérieur du récipient fermé. Dans ce récipient, les molécules de vapeur possèdent une certaine pression. C'est ce qu'on appelle la pression de vapeur. Si la pression de vapeur commence à diminuer, la molécule commence à sortir très rapidement de la surface du liquide, ce phénomène est connu sous le nom de ébullition.

En ébullition, les bulles se forment à l'intérieur du liquide. Cette bulle se déplace près de la zone de pression plus élevée et s'effondre en raison d'une pression plus élevée. Ces bulles qui s'effondrent exercent une pression nettement plus élevée autour de 100 de la pression atmosphérique. Cette pression provoque une érosion mécanique sur le métal. Généralement, cet effet est appelé Cavitation. Il est nécessaire d'étudier et de concevoir des machines hydrodynamiques en tenant compte de la cavitation.

La cavitation a les deux côtés bénéfiques et non bénéfiques. Comme nous savons que la cavitation provoque l'érosion du métal, elle n'est donc pas bénéfique

Certains nouveaux domaines de recherche suggèrent récemment que la cavitation hydrodynamique est utile pour certains traitements chimiques et des eaux usées. Alors ici, la cavitation hydrodynamique est un concept bénéfique.

La pression de vapeur du liquide dépend fortement de la température: elle augmente avec l'augmentation de la température. À la température de 20 ° C, la pression de vapeur de l'eau est 0.235 N / cm2. La pression de vapeur de Mercure est de 1.72 * 10-5 N / cm2.

Si nous voulons éviter la cavitation dans les machines hydrauliques: Nous ne devons pas laisser la pression du liquide tomber en dessous de la pression de vapeur à la température locale.

Vous avez peut-être pensé à plusieurs reprises à la raison pour laquelle le mercure est utilisé à l'intérieur du thermomètre et du manomètre. Pourquoi pas un autre liquide?

Votre réponse est ici; le mercure a la valeur la plus basse de pression de vapeur avec une densité élevée. Sa rendre Mercury convient pour une utilisation dans un thermomètre et un manomètre. 

Retrouvez l'effet capillaire dans un tube de diamètre 4 mm. Quand le liquide est de l'eau

Questions et réponses

1) Quelle est la différence entre cohésion et adhérence?

La cohésion est une force d'attraction de molécules entre la même matière alors que l'adhésion est une attraction entre des molécules de matière différente.

2) Le Mercure est tenté de rester à l'écart de la surface, pourquoi?

Dans Mercure, la force de cohésion est supérieure à la force d'adhésion. Pour cette raison, le mercure est appelé liquide non mouillant.

3) Quelle est la condition de mouillage et de non-mouillage du liquide avec la surface?

Le liquide mouillera la surface solide est inférieure à 90 degrés. Si l'angle est supérieur à 90 degrés, le liquide ne mouillera pas la surface solide.

4) Expliquez la tension superficielle

Les molécules liquides sur la surface libre sont attirées par les molécules liquides situées en dessous d'elles. Ces molécules liquides de surface libre ressentiront la force de traction à l'intérieur du liquide. Cette force agit comme une force élastique. La surface dépensée par unité de surface de la surface est appelée tension superficielle. La tension superficielle est notée Sigma (σ). La tension superficielle se produit à l'interface liquide-gaz, interface liquide-liquide. La raison de la tension superficielle est une attraction intermoléculaire due à la cohésion.

5) Donnez quelques exemples pratiques de tension superficielle.

  • Vous remarquerez peut-être que si nous versons soigneusement de l'eau à l'intérieur du verre. Même si le verre est rempli, nous pouvons quand même ajouter de l'eau au-dessus de la limite de verre.
  • Supposons que nous expérimentions avec un mince tube de verre à la surface de l'eau. On peut facilement remarquer une montée et une dépression capillaires à l'intérieur d'un mince tube de verre.
  • Les oiseaux peuvent boire de l'eau du plan d'eau en raison de la tension superficielle.

6) Quelle est l'unité de tension superficielle?

L'unité de tension superficielle est N / m.

7) Donner la valeur de la tension superficielle pour l'interface air-eau et air-mercure à pression et température standard.

La tension superficielle de l'interface air-eau est de 0.073 N / m.

La tension superficielle de l'interface air-mercure est de 0.480 N / m.

8) Quel est l'effet capillaire?

Si le tube étroit est plongé dans l'eau, l'eau montera à l'intérieur du tube à un certain niveau. Ce type de tube est appelé tube capillaire, et ce phénomène est appelé effet capillaire.

9) Y a-t-il une relation entre l'effet capillaire et la tension superficielle? Si oui, quoi?

Oui. L'effet capillaire est dû à la force de tension superficielle. La montée et la dépression capillaires se produisent en raison de la cohésion et de l'attraction intermoléculaire d'adhésion.

10) Définir: ébullition, cavitation

Ébullition: Les bulles de vapeur se forment à l'intérieur du liquide en raison du changement de température et de pression. L'ébullition est un changement d'état) de liquide à vapeur.

Cavitation: La formation d'une bulle de vapeur à l'intérieur des machines en raison de la pression du liquide tombe en dessous de la pression de vapeur saturée.

Questions à choix multiple

1) Pour le liquide mouillant, l'angle de contact θ doit être ________

(a) 0 (b) θ <π / 2                           (c) θ> π / 2 (d) Aucun

2) Pour les liquides non mouillants, l'angle de contact θ doit être ________

(a) 0 (b) θ <π / 2 (c) θ> π / 2                            (d) Aucun

3) La valeur de tension superficielle diminue avec __________

(a) Pression constante

(B) Augmentation de la température

(c) Augmentation de la pression

(d) Diminution de la température

4) Si l'angle de valeur est compris entre 0 et 90, que se passe-t-il en effet capillaire?

 (une) h est positif avec formation de forme concave

(b) h est négatif avec formation de forme concave

(c) h est négatif avec formation de forme convexe

(d) h est positif avec formation de forme convexe

5) Pourquoi le mercure est-il utilisé dans le thermomètre et le manomètre?

(a) Pression de vapeur élevée et faible densité

(b) Pression de vapeur élevée et haute densité

(c) Faible pression de vapeur et faible densité

(D) Faible pression de vapeur et haute densité

6) Quelle est env. l'effondrement de la pression des bulles dans les phénomènes de cavitation?

(a) Environ 20 pression atmosphérique

(b) Environ 50 à la pression atmosphérique

(c) Environ 75 pression atmosphérique

(D) Environ 100 pression atmosphérique

7) Quelle est la valeur de la pression de vapeur de l'eau à une température de 20 ° C?

(a) 0.126 N / cm2

(b) 0.513 N / cm2

(c) 0.235 N / cm2

(d) 0.995 N / cm2

8) Quelle est la valeur de la pression de vapeur du mercure à une température de 20 ° C?

(a) 1.25 * 10-5 N / cm2

(B) 1.72 * 10-5 N / cm2

(c) 1.5 * 10-5 N / cm2

(d) 1.25 N / cm2

Conclusion

Cet article vous est présenté pour comprendre le concept de tension superficielle, d'effet capillaire, de cavitation, d'évaporation et de ses effets. Certains des exemples pratiques sont inclus dans cet article pour le représenter pratiquement. L'effort a été fait pour vous faire corréler le concept de mécanique des fluides avec votre vie quotidienne.

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