معلومات عن ظاهرة التوتر السطحي
التوتر السطحي هي عبارة تلك الظاهرة الفيزيائية التي يأتي حدوثها في الأصل على إثر وجود قوة تماسك بين جزئيات المادة السائلة حيث تعطي السوائل صفة الأغشية المتماسكة ، و يكون حدوثها على إثر تعرض الجزئيات الموجودة داخل السائل لقوى الشد من كل الاتجاهات فتقوم كل منها بناءا على ذلك بإلغاء الأخرى .
أما بالنسبة للجزئيات المتواجدة على سطح السائل فإنها تتأثر بتلك القوى التي توجد في الأسفل بالعلاوة إلى الجوانب مما ينتج عنه جعل السطح مشدوداً للأسفل فيظهر على هيئة غشاء بشكل دقيق فإن الجزئيات فيما داخل المادة السائلة المتجانسة تتأثر بما يعرف بقوى التماسك أو قوى الجذب الجزيئية.
حيث توطد تلك الأواصر الخاصة بالتماسك فيما بين جزئيات هذه المادة بينما تكون قيمة هذه القوى أقل من قيمتها في الأجسام الصلبة ، و بناءا على هذا فإن الشكل الخاص بالسائل يأخذ شكل الإناء الذي يوضع داخله بل ، و يكون ذلك شيئاً سهلاً بالنسبة للسائل هذا علاوة على تأثر تلك الجزئيات في السائل بقوى التلاصق .
العوامل المؤثرة في التوتر السطحي :-
يوجد عاملان رئيسيان يؤثران في التوتر السطحي ، و هما :-
1- نوع السائل :- و الذي يتفاوت على أثر ظاهرة التوتر السطحي من سائل إلى أخر ، و مثال على هذا التوتر السطحي الذي سيحدث في سائل الزئبق ، و التي يكون حدوثها أكبر منها في السائل المائي ، و لذلك فإن قطرات الزئبق تبدو ، و كأنها أكبر تكوراً من الماء بينما تكون قطرات الكحول أقل تكوراً من الماء .
2- درجة الحرارة :- التوتر السطحي ودرجة الحرارة ترتبط بصورة عكسية، حيث يقل التوتر السطحي للسائل عندما ترتفع درجة الحرارة .
كيفية زيادة سطح السائل :- لزيادة سطح السائل، يتعين علينا القيام بشغل على سطح السائل، وهذا يسمح لبعض الجزيئات داخل السائل بالتحرك نحو سطحه، وبالتالي فإن الشغل المبذول سيؤثر على قوى الجذب التي تجذب الجزيئات القريبة من سطح السائل نحو الداخل، وهذا ما يعرف بقوى التوتر السطحي .
قيم التوتر السطحي :- – تختلف قيم التوتر السطحي الخاصة بالعديد من السوائل في أصلها، وتصل هذه القيم إلى مستويات معينة عند درجات حرارة محددة. على سبيل المثال، تصل قيمة التوتر السطحي للماء إلى حوالي (72.86±0.05) عند درجة حرارة (20°C)، في حين تصل قيمة التوتر السطحي للبنزين عند نفس درجة الحرارة إلى (28.88)
بعض الأمثلة على ظاهرة التوتر السطحي :-
تتمتع الحشرات بالقدرة على السير بسهولة على سطح الماء .
2- عندما نسكب كمية من الماء على سطح شمعي أو سطح مصنوع من النايلون، نلاحظ أنه لا يتبلل. يعود ذلك إلى وجود فرق كبير بين قوى الجذب في جزيئات السائل وقوى الالتصاق بين السائل والسطح. وبالتالي، يحدث انتشار للماء فوق هذا السطح نتيجة لارتفاع قوة الجذب الأصلية أكثر من تلك الموجودة في السطح .
3- اتخاذ قطرة الماء الشكل الكروي أو شبه الكروي إذ يفسر هذا بأن السائل له قدرة على المحافظة على مستوى الطاقة الأقل على الإطلاق من خلال تضييق مساحة السطح الخارجية فكمثال الكرة ، و التي تعد هي الأقل مساحة بين الأشكال الهندسية بشكل عام ، و بالتالي فإن للسائل القدرة على الحفاظ على مستوى الطاقة الأقل درجة .
طرق القياس المستخدمة في ظاهر التوتر السطحي :-
بحكم اعتبار أن ظاهرة التوتر السطحي هي في الأساس عبارة عن ظاهرة فيزيائية إذاً فلابد أن يتم قياسها بالاعتماد على إحدى الطرق الخاصة بقياس السوائل ، و بالتالي ما يتعلق بها من ظواهر فيجرى في ذلك استعمال خاصية الأنابيب الشعرية capillary tubes ، و هذه الخاصية تعتمد بشكل رئيسي على العلاقة الرياضية (t= 1/2dgr (h+1/3r) .
يشير الرمز h إلى ارتفاع السائل في قلب الأنبوبة الشعرية، ويرمز الرمز r إلى نصف قطر الأنبوبة، وبالنسبة للرمز t فهو يرمز إلى التوتر السطحي للسائل المستخدم، ويرمز الرمز d إلى الكثافة النوعية للسائل، أما الرمز g فهو يرمز إلى قوة الجاذبية الأرضية .