Tegangan permukaan film. Sifat cairan. Tegangan permukaan. Konsep tegangan permukaan

Tegangan permukaan menggambarkan kemampuan fluida untuk menahan gaya gravitasi. Misalnya, air di permukaan meja akan jatuh karena molekul air tertarik satu sama lain, yang melawan gaya gravitasi. Berkat tegangan permukaan, benda yang lebih berat, seperti serangga, dapat ditahan di permukaan air. Tegangan permukaan diukur dengan gaya (N) dibagi dengan satuan panjang (m), atau jumlah energi per satuan luas. Gaya yang berinteraksi dengan molekul air (gaya kohesif) menyebabkan ketegangan, menghasilkan tetesan air (atau cairan lainnya). Tegangan permukaan dapat diukur dengan beberapa barang sederhana yang ditemukan di hampir setiap rumah dan kalkulator.

Langkah

Dengan bantuan rocker

Tuliskan persamaan tegangan permukaan. Dalam percobaan ini, persamaan untuk menentukan tegangan permukaan adalah sebagai berikut: F = 2Sd, di mana F- gaya dalam newton (N), S- tegangan permukaan dalam newton per meter (N/m), d adalah panjang jarum yang digunakan dalam percobaan. Kami menyatakan tegangan permukaan dari persamaan ini: S = F/2d.

• Gaya akan dihitung pada akhir percobaan.
• Sebelum memulai percobaan, gunakan penggaris untuk mengukur panjang jarum dalam meter.

1. Bangun rocker kecil. Dalam percobaan ini, rocker dan jarum kecil yang mengapung di permukaan air digunakan untuk menentukan tegangan permukaan. Penting untuk mempertimbangkan dengan cermat konstruksi lengan ayun, karena keakuratan hasilnya tergantung padanya. Anda dapat menggunakan berbagai bahan, yang utama adalah membuat batang horizontal dari sesuatu yang keras: kayu, plastik, atau karton tebal.

   • Tentukan bagian tengah batang (misalnya, sedotan atau penggaris plastik) yang akan Anda gunakan sebagai palang, dan bor atau buat lubang di tempat ini; ini akan menjadi titik tumpu palang, di mana ia akan berputar bebas. Jika Anda menggunakan sedotan plastik, cukup tusuk dengan peniti atau paku.
   • Bor atau buat lubang di ujung palang sehingga jaraknya sama dari pusat. Masukkan benang melalui lubang di mana Anda akan menggantung cangkir berat dan jarum.
   • Jika perlu, dukung rocker dengan buku atau benda lain yang cukup kuat untuk menahan palang dalam posisi horizontal. Hal ini diperlukan agar palang berputar bebas di sekitar paku atau batang yang tertancap di tengahnya.

2. Ambil selembar aluminium foil dan lipat menjadi bentuk kotak atau piring. Sama sekali tidak perlu piring ini memiliki bentuk persegi atau bulat yang benar. Anda akan mengisinya dengan air atau berat lainnya, jadi pastikan itu dapat menopang berat.

   • Gantung kotak foil atau piring dari salah satu ujung batang. Buat lubang kecil di sepanjang tepi piring dan masukkan benang melaluinya sehingga piring tergantung di palang.

3. Gantungkan jarum atau penjepit kertas dari ujung palang yang lain sehingga mendatar. Ikat jarum atau penjepit kertas secara horizontal ke seutas benang yang menggantung dari ujung palang yang lain. Agar percobaan berhasil, perlu untuk memposisikan jarum atau penjepit kertas tepat secara horizontal.

4. Tempatkan sesuatu di batang, seperti plastisin, untuk menyeimbangkan wadah aluminium foil. Sebelum melanjutkan percobaan, perlu untuk memastikan bahwa palang terletak secara horizontal. Piring foil lebih berat dari jarum, sehingga bilah akan jatuh ke samping. Tempelkan plastisin secukupnya ke sisi berlawanan dari palang sehingga horizontal.

   • Ini disebut penyeimbang.

5. Tempatkan jarum gantung atau penjepit kertas ke dalam wadah berisi air. Langkah ini akan membutuhkan usaha ekstra untuk menempatkan jarum di permukaan air. Pastikan jarum tidak terendam air. Isi wadah dengan air (atau cairan lain yang tegangan permukaannya tidak diketahui) dan letakkan di bawah jarum gantung sehingga jarum tepat berada di permukaan cairan.

   • Pada saat yang sama, pastikan tali yang menahan jarum tetap di tempatnya dan cukup kencang.

6. Timbang beberapa pin atau sejumlah kecil tetes air terukur dalam skala kecil. Anda akan menambahkan satu pin atau setetes air ke piring aluminium di kursi goyang. Dalam hal ini, perlu diketahui berat yang tepat di mana jarum akan keluar dari permukaan air.

   • Hitung jumlah pin atau tetes air dan timbang.
   • Tentukan berat satu pin atau setetes air. Untuk melakukan ini, bagi berat total dengan jumlah pin atau tetes.
   • Misalkan 30 pin beratnya 15 gram, maka 15/30 = 0,5, yaitu satu pin beratnya 0,5 gram.

7. Tambahkan pin atau tetes air satu per satu ke dalam piring aluminium foil sampai jarum keluar dari permukaan air. Secara bertahap tambahkan satu pin atau setetes air. Perhatikan jarum dengan hati-hati agar tidak ketinggalan momen ketika, setelah peningkatan beban berikutnya, itu akan keluar dari air. Setelah jarum keluar dari permukaan cairan, berhenti menambahkan pin atau tetes air.

   • Hitung jumlah pin atau tetes air yang diambil jarum di ujung mistar yang berlawanan untuk keluar dari permukaan air.
   • Catat hasilnya.
   • Ulangi percobaan beberapa (5 atau 6) kali untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
   • Hitung nilai rata-rata dari hasil yang diperoleh. Untuk melakukan ini, jumlahkan jumlah pin atau tetes di semua percobaan dan bagi jumlahnya dengan jumlah percobaan.

8. Ubah jumlah pin menjadi kekuatan. Untuk melakukannya, kalikan jumlah gram dengan 0,00981 N/g. Untuk menghitung tegangan permukaan, Anda perlu mengetahui gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat jarum dari permukaan air. Karena Anda menghitung berat pin pada langkah sebelumnya, untuk menentukan kekuatannya, cukup mengalikan berat ini dengan 0,00981 N/g.

   • Kalikan jumlah pin yang ditempatkan di cawan dengan berat satu pin. Misalnya, jika Anda memasukkan 5 pin dengan berat masing-masing 0,5 gram, berat totalnya adalah 0,5 gram/pin = 5 x 0,5 = 2,5 gram.
   • Kalikan jumlah gram dengan faktor 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.

9. Substitusikan nilai yang diperoleh ke dalam persamaan dan temukan nilai yang diinginkan. Dengan bantuan hasil yang diperoleh selama percobaan, tegangan permukaan dapat ditentukan. Cukup masukkan nilai yang ditemukan dan hitung hasilnya.

   • Katakanlah pada contoh di atas, panjang jarum adalah 0,025 meter. Dengan memasukkan nilai ke dalam persamaan, kita mendapatkan: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. Jadi, tegangan permukaan cairan adalah 0,05 N/m.

Dalam pelajaran ini, kita akan berbicara tentang cairan dan sifat-sifatnya. Dari sudut pandang fisika modern, cairan adalah subjek penelitian yang paling sulit, karena, dibandingkan dengan gas, orang tidak dapat lagi berbicara tentang energi interaksi yang dapat diabaikan antara molekul, dan dibandingkan dengan padatan, orang tidak dapat berbicara tentang susunan teratur dari molekul cair (tidak ada urutan jarak jauh dalam cairan). Ini mengarah pada fakta bahwa cairan memiliki sejumlah sifat menarik dan manifestasinya. Salah satu properti tersebut akan dibahas dalam pelajaran ini.

Pertama, mari kita bahas sifat-sifat khusus yang dimiliki molekul-molekul lapisan dekat permukaan cairan dibandingkan dengan molekul-molekul dalam jumlah besar.

Beras. 1. Perbedaan antara molekul lapisan dekat permukaan dan molekul dalam sebagian besar cairan

Pertimbangkan dua molekul A dan B. Molekul A ada di dalam cairan, molekul B ada di permukaannya (Gbr. 1). Molekul A dikelilingi oleh molekul cair lainnya secara merata, sehingga gaya yang bekerja pada molekul A dari molekul yang jatuh ke bidang interaksi antarmolekul dikompensasikan, atau resultannya adalah nol.

Apa yang terjadi pada molekul B, yang terletak di permukaan cairan? Ingatlah bahwa konsentrasi molekul gas yang berada di atas cairan jauh lebih sedikit daripada konsentrasi molekul cair. Molekul B dikelilingi di satu sisi oleh molekul cair, dan di sisi lain oleh molekul gas yang sangat langka. Karena lebih banyak molekul yang bekerja padanya dari sisi cairan, resultan dari semua gaya antarmolekul akan diarahkan ke dalam cairan.

Jadi, agar molekul dapat berpindah dari kedalaman cairan ke lapisan permukaan, perlu dilakukan kerja melawan gaya antarmolekul yang tidak terkompensasi.

Ingatlah bahwa usaha adalah perubahan energi potensial, yang diambil dengan tanda minus.

Ini berarti bahwa molekul-molekul pada lapisan dekat permukaan, dibandingkan dengan molekul-molekul di dalam cairan, memiliki energi potensial yang berlebih.

Energi berlebih ini merupakan komponen energi internal fluida dan disebut energi permukaan. Ini ditetapkan sebagai, dan diukur, seperti energi lainnya, dalam joule.

Jelas, semakin besar luas permukaan cairan, semakin banyak molekul yang memiliki energi potensial berlebih, dan karenanya semakin besar energi permukaan. Fakta ini dapat dituliskan sebagai hubungan berikut:

,

di mana adalah luas permukaan, dan merupakan faktor proporsionalitas, yang akan kita sebut tegangan permukaan, koefisien ini mencirikan satu atau lain cairan. Mari kita tuliskan definisi yang tepat dari kuantitas ini.

Tegangan permukaan cairan (koefisien tegangan permukaan cairan) adalah kuantitas fisik yang mencirikan cairan tertentu dan sama dengan rasio energi permukaan dengan luas permukaan cairan

Koefisien tegangan permukaan diukur dalam newton dibagi meter.

Mari kita bahas apa yang bergantung pada koefisien tegangan permukaan cairan. Untuk memulainya, mari kita ingat kembali bahwa koefisien tegangan permukaan mencirikan energi spesifik dari interaksi molekul, yang berarti bahwa faktor-faktor yang mengubah energi ini juga akan mengubah koefisien tegangan permukaan cairan.

Jadi, koefisien tegangan permukaan tergantung pada:

1. Sifat cairan (untuk cairan "mudah menguap", seperti eter, alkohol, dan bensin, tegangan permukaannya lebih rendah daripada tegangan permukaan "tidak mudah menguap" - air, merkuri, dan logam cair).

2. Temperatur (semakin tinggi temperatur, semakin rendah tegangan permukaan).

3. Adanya surfaktan yang menurunkan tegangan permukaan (surfaktan), seperti sabun atau deterjen.

4. Sifat-sifat gas yang berdampingan dengan cairan.

Perhatikan bahwa koefisien tegangan permukaan tidak bergantung pada luas permukaan, karena untuk satu individu molekul dekat permukaan sama sekali tidak penting berapa banyak molekul yang sama di sekitarnya. Perhatikan tabel, yang menunjukkan koefisien tegangan permukaan berbagai zat, pada suhu:

Tabel 1. Koefisien tegangan permukaan zat cair pada batas dengan udara, at

Jadi, molekul-molekul pada lapisan dekat permukaan memiliki energi potensial yang lebih besar dibandingkan dengan molekul-molekul dalam massa cairan. Dalam perjalanan mekanika, telah ditunjukkan bahwa setiap sistem cenderung memiliki energi potensial minimum. Misalnya, benda yang dilempar dari ketinggian tertentu akan cenderung jatuh. Selain itu, Anda merasa jauh lebih nyaman berbaring, karena dalam hal ini pusat massa tubuh Anda terletak serendah mungkin. Apa yang menyebabkan keinginan untuk mengurangi energi potensialnya dalam kasus cairan? Karena energi permukaan bergantung pada luas permukaan, itu berarti bahwa secara energetik tidak menguntungkan bagi cairan apa pun untuk memiliki luas permukaan yang besar. Dengan kata lain, dalam keadaan bebas, cairan akan cenderung memperkecil permukaannya.

Ini mudah diverifikasi dengan bereksperimen dengan film sabun. Jika bingkai kawat dicelupkan ke dalam larutan sabun, maka film sabun terbentuk di atasnya, dan film memperoleh bentuk sedemikian rupa sehingga luas permukaannya minimal (Gbr. 2).

Beras. 2. Angka dari larutan sabun

Anda dapat memverifikasi keberadaan gaya tegangan permukaan menggunakan eksperimen sederhana. Jika seutas benang diikat ke cincin kawat di dua tempat, dan sedemikian rupa sehingga panjang benang agak lebih besar dari panjang tali yang menghubungkan titik-titik pengikatan benang, dan cincin kawat dicelupkan ke dalam sabun. larutan (Gbr. 3a), film sabun akan mengencangkan seluruh permukaan cincin dan benang akan menempel pada film sabun. Jika sekarang film rusak di satu sisi benang, sisa film sabun di sisi lain benang akan menyusut dan meregangkan benang (Gbr. 3b).

Beras. 3. Percobaan untuk mendeteksi gaya tegangan permukaan

Kenapa ini terjadi? Faktanya adalah bahwa larutan sabun yang tersisa di atas, yaitu cairan, cenderung mengurangi luas permukaannya. Dengan demikian, utas ditarik ke atas.

Jadi, kami yakin akan adanya gaya tegangan permukaan. Sekarang mari kita pelajari cara menghitungnya. Untuk melakukan ini, mari kita lakukan eksperimen pikiran. Mari kita turunkan bingkai kawat, yang salah satu sisinya dapat digerakkan, ke dalam larutan sabun (Gbr. 4). Kami akan meregangkan film sabun, bekerja pada sisi bingkai yang dapat digerakkan dengan kekuatan . Jadi ada tiga gaya yang bekerja pada palang - sebuah gaya eksternal dan dua gaya tegangan permukaan yang bekerja di sepanjang setiap permukaan film. Menggunakan hukum kedua Newton, kita dapat menulis bahwa

Beras. 4. Perhitungan gaya tegangan permukaan

Jika, di bawah aksi gaya eksternal, mistar gawang bergerak sejauh , maka gaya eksternal ini akan melakukan pekerjaan

Secara alami, karena kinerja pekerjaan ini, luas permukaan film akan meningkat, yang berarti bahwa energi permukaan juga akan meningkat, yang dapat kita tentukan melalui koefisien tegangan permukaan:

Perubahan luas, pada gilirannya, dapat ditentukan sebagai berikut:

di mana adalah panjang bagian bergerak dari rangka kawat. Mengingat ini, kita dapat menulis bahwa pekerjaan gaya eksternal sama dengan

Dengan menyamakan bagian kanan dalam (*) dan (**), kita memperoleh ekspresi untuk gaya tegangan permukaan:

Jadi, koefisien tegangan permukaan secara numerik sama dengan gaya tegangan permukaan yang bekerja per satuan panjang garis yang membatasi permukaan.

Jadi, kita sekali lagi melihat bahwa cairan cenderung mengambil bentuk sedemikian rupa sehingga luas permukaannya minimal. Dapat ditunjukkan bahwa untuk volume tertentu, luas permukaan akan minimal untuk bola. Jadi, jika tidak ada gaya lain yang bekerja pada fluida atau gayanya kecil, fluida akan cenderung berbentuk bola. Jadi, misalnya, air akan berperilaku dalam gravitasi nol (Gbr. 5) atau gelembung sabun (Gbr. 6).

Beras. 5. Air dalam gravitasi nol

Beras. 6. Gelembung sabun

Adanya gaya tegangan permukaan juga dapat menjelaskan mengapa jarum logam "terletak" di permukaan air (Gbr. 7). Jarum, yang ditempatkan dengan hati-hati di permukaan, merusaknya, sehingga meningkatkan luas permukaan ini. Dengan demikian, gaya tegangan permukaan muncul, yang cenderung mengurangi perubahan luas tersebut. Gaya resultan tegangan permukaan akan diarahkan ke atas, dan itu akan mengimbangi gaya gravitasi.

Beras. 7. Jarum di permukaan air

Prinsip pengoperasian pipet dapat dijelaskan dengan cara yang sama. Tetesan, di mana gaya gravitasi bekerja, ditarik ke bawah, sehingga meningkatkan luas permukaannya. Secara alami, gaya tegangan permukaan muncul, yang resultannya berlawanan dengan arah gravitasi, dan yang tidak memungkinkan tetesan untuk meregang (Gbr. 8). Saat Anda menekan tutup karet pipet, Anda menciptakan tekanan ekstra yang membantu gravitasi, dan sebagai hasilnya, tetesan jatuh.

Beras. 8. Cara kerja pipet

Mari kita ambil contoh lain dari kehidupan sehari-hari. Jika Anda mencelupkan kuas cat ke dalam segelas air, bulu-bulunya akan mengembang. Jika sekarang Anda mengeluarkan sikat ini dari air, Anda akan melihat bahwa semua rambut saling menempel. Ini disebabkan oleh fakta bahwa luas permukaan air yang menempel pada sikat akan menjadi minimal.

Dan satu contoh lagi. Jika Anda ingin membangun istana pasir kering, Anda tidak mungkin berhasil, karena pasir akan hancur di bawah pengaruh gravitasi. Namun, jika Anda membasahi pasir, ia akan mempertahankan bentuknya karena tegangan permukaan air di antara butiran pasir.

Akhirnya, kami mencatat bahwa teori tegangan permukaan membantu menemukan analogi yang indah dan sederhana ketika memecahkan masalah fisik yang lebih kompleks. Misalnya, ketika Anda perlu membangun struktur yang ringan dan pada saat yang sama kuat, fisika dari apa yang terjadi dalam gelembung sabun datang untuk menyelamatkan. Dan dimungkinkan untuk membangun model inti atom pertama yang memadai dengan menyamakan inti atom ini dengan setetes cairan bermuatan.

Bibliografi

1. G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "Fisika 10". - M.: Pendidikan, 2008.
2. Ya. E. Geguzin "Gelembung", Perpustakaan Kvant. - M.: Nauka, 1985.
3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky "Fundamentals of Physics" vol. 1.
4. G. S. Landsberg "Buku teks dasar fisika" vol. 1.

1. Nkj.ru ().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

Pekerjaan rumah

1. Setelah menyelesaikan tugas untuk pelajaran ini, Anda akan dapat mempersiapkan pertanyaan 7,8,9 dari GIA dan pertanyaan A8, A9, A10 dari Ujian Negara Terpadu.
2. Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fisika. Kumpulan soal kelas 10” 5,34, 5,43, 5,44, 5,47()
3. Berdasarkan masalah 5.47, tentukan koefisien tegangan permukaan larutan air dan sabun.

Daftar pertanyaan dan jawaban

Pertanyaan: Mengapa tegangan permukaan berubah dengan suhu?

Menjawab: Saat suhu meningkat, molekul cairan mulai bergerak lebih cepat, dan oleh karena itu, molekul lebih mudah mengatasi gaya tarik potensial. Hal ini menyebabkan penurunan gaya tegangan permukaan, yang merupakan gaya potensial yang mengikat molekul-molekul lapisan dekat permukaan cairan.

Pertanyaan: Apakah koefisien tegangan permukaan tergantung pada massa jenis cairan?

Menjawab: Ya, memang, karena energi molekul lapisan dekat permukaan cairan bergantung pada kerapatan cairan.

Pertanyaan: Bagaimana cara menentukan koefisien tegangan permukaan zat cair?

Menjawab: Dalam kursus sekolah, dua metode dipelajari untuk menentukan koefisien tegangan permukaan cairan. Yang pertama adalah metode merobek kawat, prinsipnya dijelaskan dalam masalah 5.44 dari pekerjaan rumah, yang kedua adalah metode penghitungan jatuh, dijelaskan dalam masalah 5.47.

Pertanyaan: Mengapa gelembung sabun runtuh setelah beberapa saat?

Menjawab: Faktanya adalah bahwa setelah beberapa saat, di bawah pengaruh gravitasi, gelembung menjadi lebih tebal di bagian bawah daripada di bagian atas, dan kemudian, di bawah pengaruh penguapan, runtuh di beberapa titik. Ini mengarah pada fakta bahwa seluruh gelembung, seperti balon, runtuh di bawah aksi gaya tegangan permukaan yang tidak terkompensasi.

Tegangan permukaan air adalah salah satu sifat air yang paling menarik.

Berikut adalah beberapa definisi istilah ini dari sumber yang kompeten.

tegangan permukaan adalah...

Ensiklopedia Medis Besar

Tegangan permukaan (P.n.) adalah gaya tarik yang dengannya setiap bagian film permukaan (permukaan bebas cairan atau antarmuka apa pun antara dua fase) bekerja pada bagian permukaan yang berdekatan. Tekanan internal dan P. n. Lapisan permukaan cairan berperilaku seperti membran elastis yang diregangkan. Menurut ide yang dikembangkan oleh Chap. arr. Laplace (Laplace), sifat permukaan cairan ini bergantung pada "gaya tarik-menarik molekul, yang menurun dengan cepat seiring dengan jarak. Di dalam cairan homogen, gaya-gaya yang bekerja pada setiap molekul dari molekul-molekul di sekitarnya saling seimbang. Tetapi di dekat permukaan, gaya resultan gaya tarik molekuler diarahkan ke dalam; itu cenderung menarik molekul permukaan ke dalam sebagian besar cairan. Akibatnya, seluruh lapisan permukaan, seperti film elastis yang diregangkan, memberikan tekanan yang sangat signifikan pada massa internal cairan dalam arah normal ke permukaan. Menurut perkiraan, "tekanan internal" ini, di mana seluruh massa cairan berada, mencapai beberapa ribu atmosfer. Ini meningkat pada permukaan cembung dan menurun pada permukaan cekung. Berdasarkan kecenderungan energi bebas ke minimum, cairan apa pun cenderung mengambil bentuk di mana permukaannya - tempat aksi gaya permukaan - memiliki nilai sekecil mungkin. Semakin besar permukaan cairan, semakin besar area yang ditempati oleh film permukaannya, semakin besar jumlah energi permukaan bebas yang dilepaskan selama kontraksi. Ketegangan di mana setiap bagian dari film permukaan yang berkontraksi bekerja pada bagian yang berdekatan (dalam arah yang sejajar dengan permukaan bebas) disebut tegangan tarik. Berbeda dengan tegangan elastis dari tubuh yang diregangkan elastis, P. n. tidak melemah saat film permukaan dikompresi. … Tegangan permukaan sama dengan kerja yang harus dilakukan untuk menaikkan permukaan bebas cairan sebanyak satu. P.n. diamati pada batas cairan dengan gas (juga dengan uapnya sendiri), dengan cairan lain yang tidak bercampur, atau dengan benda padat. Dengan cara yang sama, benda padat memiliki P. n. pada antarmuka dengan gas dan cairan. Tidak seperti P. n., cairan yang dipotong (atau benda padat) pada permukaan bebasnya, berbatasan dengan media gas, tegangan pada batas bagian dalam dari dua fase cair (atau cair dan padat), lebih mudah untuk menunjuk istilah khusus diadopsi dalam sastra Jerman, istilah "ketegangan batas" (Grenzflachenspannung). Jika suatu zat dilarutkan dalam cairan yang menurunkan P nya. n., maka energi bebas berkurang tidak hanya dengan mengurangi ukuran permukaan batas, tetapi juga melalui adsorpsi: zat aktif-permukaan (atau aktif-kapiler) dikumpulkan dalam konsentrasi yang meningkat di lapisan permukaan ...
…

Ensiklopedia medis besar. 1970

Semua hal di atas dapat diringkas dengan cara ini - molekul yang ada di permukaan cairan apa pun, termasuk air, tertarik oleh molekul lain di dalam cairan, akibatnya tegangan permukaan muncul. Kami menekankan bahwa ini adalah pemahaman yang disederhanakan dari properti ini.

Tegangan permukaan air

Untuk pemahaman yang lebih baik tentang sifat ini, kami menyajikan beberapa manifestasi dari tegangan permukaan air dalam kehidupan nyata:

• Ketika kita melihat air menetes dari ujung keran bukannya mengalir, ini adalah tegangan permukaan air;
• Ketika rintik hujan yang sedang terbang berbentuk bulat, agak memanjang, ini adalah tegangan permukaan air;
• Ketika air pada permukaan kedap air berbentuk bola, ini adalah tegangan permukaan air;
• Riak-riak yang terjadi saat angin bertiup di permukaan badan air juga merupakan manifestasi dari tegangan permukaan air;
• Air di ruang angkasa mengambil bentuk bola karena tegangan permukaan;
• Serangga water strider tetap berada di permukaan air berkat sifat air ini;
• Jika jarum ditempatkan dengan hati-hati di permukaan air, jarum itu akan mengapung;
• Jika cairan dengan kepadatan dan warna berbeda dituangkan secara bergantian ke dalam gelas, kita akan melihat bahwa mereka tidak bercampur;
• Gelembung sabun warna-warni juga merupakan manifestasi indah dari tegangan permukaan.

Koefisien tegangan permukaan

Kamus penjelasan terminologi politeknik

Koefisien tegangan permukaan adalah kerapatan linier dari gaya tegangan permukaan pada permukaan cairan atau pada antarmuka antara dua cairan yang tidak bercampur.

Kamus Penjelasan Terminologi Politeknik. Disusun oleh: V. Butakov, I. Fagradyants. 2014

Di bawah ini kami memberikan nilai koefisien tegangan permukaan (C.T.S.) untuk berbagai cairan pada suhu 20 ° C:

• K.p.n. aseton - 0,0233 Newton / Meter;
• K.p.n. benzena - 0,0289 Newton / Meter;
• K.p.n. air suling - 0,0727 Newton / Meter;
• K.p.n. gliserin - 0,0657 Newton / Meter;
• K.p.n. minyak tanah - 0,0289 Newton / Meter;
• K.p.n. merkuri - 0,4650 Newton / Meter;
• K.p.n. etil alkohol - 0,0223 Newton / Meter;
• K.p.n. eter - 0,0171 Newton / Meter.

Koefisien tegangan permukaan air

Koefisien tegangan permukaan tergantung pada suhu cairan. Kami menyajikan nilainya pada berbagai suhu air.

• Pada suhu 0 ° C - 75,64 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 10 ° C - 74,22 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 20 ° C - 72,25 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 30 ° C - 71,18 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 40 ° C - 69,56 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 50 ° C - 67,91 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 60 ° C - 66,18 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 70 ° C - 64,42 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 80 ° C - 62,61 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 90 ° C - 60,75 , 10 -3 Newton / Meter;
• Pada suhu 100 ° C - 58,85 , 10 -3 Newton / Meter.

Salah satu efek dalam sistem gas-cair-padat adalah fenomena tegangan permukaan. Sebenarnya, esensinya fenomena tegangan permukaan dengan adanya gaya berlebih yang timbul pada antarmuka antara dua fase (misalnya, cair / uap atau cair / padat). Kami menyebutnya kekuatan berlebih ini gaya tegangan permukaan. Berkat kekuatan ini, gelembung sabun atau film sabun ada, strider air meluncur melalui air, ada fenomena kapiler, dan cairan tanpa bobot berbentuk bola.

Mari kita coba mencari tahu penyebab kekuatan-kekuatan ini. Pertimbangkan sebuah sistem di mana cairan diam dalam bejana (Gbr. 1).

Beras. 1. Tegangan permukaan

Pertimbangkan sebuah molekul di dalam cairan (bola putih). Molekul yang telah kita pilih ditarik dari semua sisi oleh molekul lain dari cairan (Gbr. 1.1). Karena kenyataan bahwa cairan didistribusikan secara merata (kerapatan molekulnya sama), maka molekul yang kami pilih "ditarik" ke segala arah dengan cara yang sama, yaitu. jumlah semua gaya yang bekerja pada benda secara numerik sama dengan nol.

Mari kita tempatkan molekul pada antarmuka (Gbr. 1.2). Di sana, ia ditarik ke bawah dengan cara yang sama, tetapi karena jumlah molekul gas yang jauh lebih sedikit, gaya yang menariknya ke atas juga lebih sedikit. Kemudian gaya total yang bekerja pada molekul yang telah kita pilih tidak sama dengan nol dan diarahkan ke dalam cairan. Gaya total ini adalah gaya tegangan permukaan.

Nilai gaya tegangan permukaan dapat ditemukan secara manual dalam percobaan kecil. Ambil bingkai kecil dengan satu sisi yang bisa digerakkan, letakkan di air sabun. Film yang dihasilkan akan diregangkan sampai saat pecah. Karena pecahnya tidak terjadi secara instan, yang berarti ada gaya yang bekerja dari sisi film, yang tidak memungkinkan film pecah. Gaya di mana film masih pecah, menurut hukum ketiga Newton, secara numerik sama dengan gaya tegangan permukaan maksimum yang muncul dalam film (Gbr. 2).