Agnes Luise Wilhelmina Pickles は、表面張力の概念を発見しました。彼女は独学でドイツ出身の化学者でした。当初、彼女は、主に固体および液体表面の物理的および化学的特性を説明する表面科学の分野でいくつかの現代的な分野を確立することに取り組みました.
彼女は、スライド式トラフを使用して水中の不純物を評価したいと考えていた実験の助けを借りて、この概念を発見しました。不純物は有害な毒性を意味するのではなく、石鹸や油のような家庭の不純物にすぎません.
彼女の装置の助けを借りて、彼女は表面張力が液体の表面から円盤を引き離すのに必要な力の量に他ならないことを発見しました.
表面張力
表面張力は、ある種の外力に抵抗する能力を持つ液体の表面の特性として定義される現象です。これが可能なのは、液体 (つまり、水分子) が凝集性を持っているためです。表面張力の式は次のように表すことができます
𝛄 =(1/2) (F/L)
𝛄 =表面張力
F =与えられた液体にかかる力
L =液面の長さ
表面張力の SI 単位は、1 メートルあたりのニュートン (N/m) で表されます。このSI単位を理解して覚えるのはとても簡単です。力の単位はニュートンで、長さの単位はメートルだからです。したがって、F/L の場合、単位は N/m になります。
表面張力の原因
私たちが知っているように、表面張力現象は、液体の分子間の凝集性によってのみ発生します。しかし、液体分子の大部分が互いに隣接する分子と非常に密に詰め込まれている特殊なケースがいくつかあります。したがって、それらはすべての方向に均等に引き合うはずであり、正味の力の値はゼロになります.
隣接する粒子間の引力が高い場合、表面張力も高くなります。
過度の圧力
表面張力のため、フィルムまたは特定の液体の表面にある分子の数は、液体の内部で発生する力よりも大きい正味の力を表面に受けます。過剰な圧力は、液体の外面ではなく表面のすぐ内側で発生します。
シャボン玉内の過剰圧力の表現
シャボン玉内の過剰圧力は、表面張力に反比例します。半径 r のシャボン玉の場合、超過圧力は P =4𝝈/r で表されます。ここで、𝝈 は表面張力を表し、r はシャボン玉の半径を表し、p はシャボン玉にかかる圧力を表します。
過剰圧力 𝙙P =Pi – Po、ここで、Pi は内圧、Po は外圧です。
圧力による力 =表面張力による力であることはわかっているため、気泡滴内の過剰な圧力により、残りの自由表面は外向きの正味の力を受けることになっています。等温条件下では、自由空間は dR だけ移動します。したがって、ここでは、過剰な圧力が表面プロセスを置換するために何らかの仕事を行い、この仕事は位置エネルギーとして保存できます。
行われた仕事は、力と変位の積によって表されます。
dW =力 x 変位
=過剰圧力 x 表面積 x 表面の変位
=P x 4𝞹R2 x dR ——— (1)
システムの位置エネルギーが増加すると、次の式が得られます
dU =表面張力 x 自由表面領域の面積の増加。
=T [ 2 {4𝞹 (2RdR) } ] ———— (2)
式 (1) と (2) を等しくすると、
P x 4𝞹R2 x dR =T [ 2 {4𝞹 (2RdR) } ]
P =(4T) / R
過剰圧力と表面張力の関係
主要な関係の 1 つは、表面張力による力が過剰圧力による力と等しいということです。圧力差によって加えられる力は、表面張力によって加えられる力と釣り合う必要があります。これらの関係の主な例の 1 つは、液滴またはシャボン玉です。
すでに空気と接触している球状のシャボン玉は、2 つの液体面で構成されています。 1 つはサーフェスの内側にあり、もう 1 つはサーフェスの外側にあります。そして、非常に重要なことの 1 つは、表面の内側の圧力が表面の外側の圧力よりも常に大きいということです。基本的に、表面圧力を上げると、自動的に表面張力が上がります。
過剰圧力と表面張力の重要性
表面張力現象は、多くのプロセスと方法論を使用して液体の挙動によって決定されました。それらのいくつかは、濡れ性と濡れ性です。
水分子では、液滴の適切な形状を達成し、構造を維持するために、表面張力が非常に重要です。
過剰な圧力は表面で何らかの仕事を行い、この仕事はシステム内の位置エネルギーの形で保存できます.
結論
過剰圧力と表面張力の両方に多くの用途があります。それらは私たちの日常生活に欠かせない重要な役割を果たしています。表面張力は、物理学および化学の分野で応用されており、人体の代謝において主要な役割を果たしています。植物の成長において、表面張力は水が抵抗なく木部組織を通過するのを助けます.
最近、研究者は、表面張力から生成される力が体細胞の位置を再編成する際に重要な役割を果たしていることを明らかにしました.
