Tensioni sipërfaqësor

Në lëngje molekulat nuk janë të lidhura sikurse tek trupat e ngurtë, por as të lira sikurse te gazet. Tek lëngjet molekulat janë relativisht afër njëratjetrës, parndaj forcat tërheqëse ndërmolekulare janë mjaft të mëdha deri në njëfarë distance, të cila mund të quhen rreze të veprimit molekular, pastaj shumë shpejt bien në zero. D.m.th., mund të konsiderohet që secila molekulë vepron në secilën molekulë tjetër që ndodhet brenda sferës me rreze veprimit molekular. Rrezja e sferës së tillë është dhjetëfish më e madhe se distanca ndërmjet molekulave në lëngje.

Tensioni sipërfaqen

Veprimi molekular

Molekulat e lëngut

Mbi të gjitha molekulat e lëngut, që ndodhen në shtresën sipërfaqësore me trashësi sa rrezja e veprimit molekular (1nm), veprojnë forcat të cilat i tërheqin brenda lëngut në drejtimin normale me sipërfaqen e lëngut. Në sipërfaqen kufitare të lëngut, në krahasim me ndonjë mjedis tjetër vepron forca, e cila është pasojë e veprimit tërheqës të forcave të ndryshme ndërmolekulare në mjedise të ndryshme. Secila molekulë, e cila ndodhet në brendi të lëngut, është e rrethuar me molekula të llojit të njëjtë që bashkëveprojnë me të. Kushtet nën të cilat ndodhen molekulat e gazit në brendi të lëngut. Për shkak të shpërndarjes simetrike të molekulave në sferën veprimit molekular, për molekulën e cila ndodhet në brendi të lëngut rezultantja e të gjitha forcave është e barabartë me zero. Mirëpo, nëse molekula e cila ndodhet në shtresën sipërfaqësore të lëngut, përkatësisht në distancën ${\displaystyle \,r}$ nga sipërfaqja e lëngut, e cila i përgjigjet rrezes së veprimit molekular, atëherë simetria e shpërndarjes së molekulave në sferë do të ketë si rrjedhim krijimin e forcës ${\displaystyle \,F_{n}}$ të orientuar nga brendia e lëngut, normal me sipërfaqen e lëngut.

Për këtë arsye, sipërfaqe e lirë e lëngut sillet sikur të ishte nën shtypje të lartë, përkatësisht si membranë me densitet të madh. Në brendi të lëngut këto forca zhvillojnë shtypje molekulare, kurse forca ${\displaystyle \,F_{n}}$ quhet forca e shtypjes molekulare.

Që ta matim tensionin sipërfaqësor, mendohet eksperimenti me kornizën kënddrejtë në të cilën ndodhet flluska e sapunit. Njëra anë e tij është e lëvizshme, kurse flluska gjatë tentimit të vet që të thuret tenton të tërhiqet dhe ashtu e zvogëlon sipërfaqen. Në brinjën AB vepron forca e tendosjes së sipërfaqes, e cila mund të baraspeshohet me forcën e jashtme ${\displaystyle \,F}$, e sila është e barabartë me forcën e tensionit sipërfaqësor. Për ta sipërfaqen e flluskës, veprohet me forcën e jashtme ${\displaystyle \,F}$ në pjesën e lëvizshme AB dhe zhvendoset për ${\displaystyle \,\Delta x}$. Në atë rast kryhet puna ${\displaystyle \,\Delta A=F\Delta x}$. Meqenëse flluska është e sajuar prej dy sipërfaqeve, ndërmjet të cilave ndodhet stresa e hollë e lëngut, atëherë zmadhimi i sipërfaqes është ${\displaystyle \,\Delta S=2l\Delta x}$. Koeficienti i tensionit sipërfaqësor përkufizohet përmes shprehjes

${\displaystyle \,\sigma ={\frac {\Delta A}{\Delta S}}}$

ku puna ${\displaystyle \,\Delta A}$ nevojitet që të zmadhohet tendosja e sipërfaqes ${\displaystyle \,\Delta S}$.

Gjatë veprimit të forcës normale ${\displaystyle \,F_{n}}$ në sipërfaqen e lëngut, disa molekula do të kthehen në brendi të lëngut. Për këtë shkak shtresa sipërfaqësore e lëngut veçohet me tentimin që ta zvogëlojë madhësinë e vet. Si rrjedhim i këtij procesi paraqiten forcat tangjenciale, të cilat tentojnë t'i tërheqin molekulat e lëngut në brendi, kurse sipërfaqja e lirë e lëngut do të zvogëlohet. Forca rezultate ${\displaystyle \,F}$ quhet forcë e tensionit sipërfaqësor. Nëse në formulën e fundit zëvendësohen

${\displaystyle \,\Delta A=F\Delta x}$

dhe

${\displaystyle \,\Delta S=2l\Delta x,}$

gjendet:

${\displaystyle \,\sigma ={\frac {F}{2l}}.}$

Njësia e tensionit sipërfaqësor është ${\displaystyle \,{\frac {N}{m}}}$ apo ${\displaystyle \,{\frac {J}{m^{2}}}}$. Pra forca e tensionit sipërfaqësor vepron në mënyrë tangjenciale mbi sipërfaqen e lëngut dhe është në përpjesëtim të drejtë me gjatësinë ${\displaystyle \,L}$ në të cilën ajo vepron :

${\displaystyle \,F=\sigma L.}$

Forca e tensionit sipërfaqësor

Forcat e tensionit sipërfaqësor tentojnë ta zvogëlojnë sipërfaqenkufitare të dy mjediseve apo membranën e hollë, e cila krijohet si pasojë e veprimit të këtyre forcave. Tentimi i lëngjeve për të zënë një sipërfaqe minimale është rrjedhim i ligjit të ruajtjes së energjisë. Për shembull, për ta rritur sipërfaqen e lirë të një lëngu, nevojitet të shpenzohet një energji në formë të punës apo të nxehtësisë. Gjithashtu, nxehtësia latente e avullimit është e lidhur me energjinë sipërfaqësore të lëngut, sepse procesi i avullimit të lëngut përcillet me një zmadhim të madh të sipërfaqes, me ç'rast nevojitet të shpenzohet një nxehtësi. Pra, energjia sipërfaqësore dhe tendosia sipërfaqësore paraqesin një veti reciproke të dy substancave që kanë sipërfaqe të përbashkët. Nëse njëra nga materiet nuk përmendet, atëherë mendohet se ajo është ajri.

Ndryshimi i energjise se molekulave ne brendi te lengut dhe atyre ne siperfaqe te lengut jep energjine siperfaqesore e lengut . Forcat e tensionit siperfaqesor ne skajet e siperfaqes kane tendec te terheqjes ne ngjeshje te lengut. Forca ndermolekulare emolekulave te njetes faze quhet force kohezive,ndersa ne mes te dy molekulave te dy fazave te ndryshme quhet force ad'hezive.

Literaturë

• C. Isenberg: The Science of Soap Films and Soap Bubbles. Tieto, Clevedon 1978, ISBN 0-905028-02-3