液体:表面張力

表面張力は、液体表面が静止しているときに可能な限り最小の表面積に収縮する傾向です。表面張力は、かみそりの刃や昆虫 (アメンボなど) などの水よりも密度の高い物体が、部分的に埋もれることなく水面に浮くことができるようにするものです。表面張力は、液体と空気の接触 (接着による) での空気分子よりも液体分子の相互の引力 (凝集による) が高いことによって増加します。ここで働く 2 つの主なメカニズム。表面分子の内側への押し込みにより、圧縮する液体が増加します。 2 つ目は、液体の表面に平行な接線力です。表面張力という名前は、この接線力に付けられています。その結果、液体は、伸ばされた弾性膜に囲まれているかのように機能します。ただし、弾性膜の張力は変形の程度によって決まるのに対し、表面張力は液体 - 空気または液体 - 蒸気の界面の特徴であるため、この平行線は注意して使用する必要があります。

表面張力:

液体の表面積を 1 単位増やすのに必要なエネルギーは、表面張力として知られています。液体の表面張力は、分子間引力相互作用の不均衡、または分子を一緒に保持する力によって引き起こされます:

• バルク液体では、分子はあらゆる方向で他の分子からの凝集力に遭遇します。
• 液体の表面にある分子は、正味の内向きの凝集力のみを受けます。

粘着力

付着力は、固体表面と液体の間の引力です。固体表面と接触する液体の挙動は、凝集力と粘着力の強さの差によって決まります。

• 水滴内の凝集力は水滴とワックスの間の接着力よりも強いため、水はワックスの表面を湿らせません。
• 液体とガラスの間の接着力は水中の凝集力よりも強いため、水はガラスを濡らし、ガラス全体に広がります。

毛管作用

液体に浸された細い直径のチューブ (毛細管) の内部を濡らす液体の上昇は、毛細管現象として知られています。

• 液体は、液体の重量が液体の粘着力と凝集力のバランスをとるまで、(液体とチューブの内壁との間の粘着力により) チューブの内側を這い上がります。
• 液体が上昇するほど、チューブの直径は小さくなります。

表面張力の単位:1 メートルあたりのニュートン (N/m) は、表面張力の SI 単位です。

液体の表面張力:

小さなアイテムは、液体分子の最上層を突破して分割しない限り、表面張力により流体の表面に「浮き」ます。物体が流体の表面に置かれると、応力下の表面は弾性膜として機能します。

測定方法:以下は、表面張力の測定方法の例です。

• スピニングドロップ方式
• ペンダントドロップ法
• Du Noüy–Padday メソッド
• デュ ノイ リング法
• ウィルヘルミープレート法
• ペンダントドロップ法
• スタラグモメトリック法
• 毛管上昇法
• 気泡圧法
• 浮揚した水滴の振動数
• 固着ドロップ法

表面張力に影響する要因:

表面張力は、液体の表面近くの分子張力の不均衡によって発生する液体現象です。表面張力は、分子力の変化を引き起こす要因の影響を受けます。表面張力の程度は、液体の性質、その周囲、およびその純度によって決まります。

アプリケーション:

• 水の表面張力により、水に針を入れると浮くことがあります。

• 水の表面張力により、蚊の卵が浮くことがあります。
• 当社の歯磨き粉には石鹸が含まれており、表面張力を下げることで口の中で広がりやすくなっています。
• Dettol などの防腐剤は表面張力が低いため、すばやく拡散します。

結論:

表面張力は、伸びた弾性膜として現れる液体表面の特性です。小さな液滴やシャボン玉のほぼ球形はこの現象の例です。特定の昆虫は、この特性のために水面に立つことができます。カミソリの刃が浮きません。水面から押し出されると、沈みます。特定の液体内の粒子間の引力、およびそれに接触する気体、固体、または液体の間の引力によって、表面張力が決まります。水滴の奥深くにある水分子は、周囲の分子によってすべての方向に均等に引き寄せられると想定されています。単位面積内の分子の表面層を除去するのに必要な仕事またはエネルギーは、表面張力の現象に関与するエネルギーとほぼ同じです。その結果、表面張力はエネルギーの単位で測定できます。 (ジュール) 単位面積 (平方メートル) あたり。20 °C (68 °F) で、水の表面張力は 0.07275 ジュール/平方メートルです。水の表面張力は、20 °C (68 °F）。温度として比率が上昇すると、分子間の正味の引力が減少し、表面張力が低下します。