Kľúčový rozdiel – povrchové napätie verzus kapilárna činnosť
Povrchové napätie a kapilárne pôsobenie sú fyzikálne vlastnosti kvapalných látok. Sú to makroskopické vlastnosti kvapalín. Kľúčový rozdiel medzi povrchovým napätím a kapilárnym pôsobením je v tom, že povrchové napätie sa meria ako sila pôsobiaca na určitú dĺžku kvapaliny daná jednotkou N/m (Newton na meter), zatiaľ čo kapilárne pôsobenie sa meria ako výška stĺpca kvapaliny. ktorý je ťahaný nahor, proti gravitácii danej jednotkou m (meter).
Čo je povrchové napätie?
Povrchové napätie je jav, pri ktorom povrch kvapaliny, kde je kvapalina v kontakte s plynom, pôsobí ako tenká elastická vrstva. Termín povrchové napätie sa používa iba vtedy, keď je kvapalina v kontakte s plynom (napr. pri otvorení do normálnej atmosféry). Termín „medzifázové napätie“sa používa pre vrstvu medzi dvoma kvapalinami.
Atrakcie medzi rôznymi chemickými druhmi spôsobujú, že sa molekuly kvapaliny spájajú. Molekuly kvapaliny na povrchu kvapaliny sú priťahované molekulami v strede kvapaliny. Toto je druh súdržnosti. Ale príťažlivosť medzi molekulami kvapaliny a molekulami vzduchu (alebo adhéznymi silami) je zanedbateľná. Preto táto povrchová vrstva tekutých molekúl pôsobí ako elastická membrána. Povrchová vrstva tekutých molekúl je pod napätím, pretože neexistuje dostatok príťažlivých síl na vyváženie kohéznych síl, ktoré na ne pôsobia, preto sa tento stav nazýva povrchové napätie.
Obrázok 01: Príťažlivé sily na tekuté molekuly na povrchu kvapaliny
Vzorec na výpočet povrchového napätia
Povrchové napätie (γ)=F/d
F je povrchová sila a d je dĺžka, po ktorej povrchová sila pôsobí. Preto je meranie povrchového napätia dané jednotkou N/m (Newton na meter). Je to jednotka SI na meranie povrchového napätia.
Čo je kapilárna činnosť?
Kapilárna činnosť je schopnosť kvapaliny prúdiť v úzkych priestoroch bez pomoci alebo v opozícii vonkajších síl, ako je gravitácia. Dá sa pozorovať ako kvapalina ťahá cez kapiláru smerom nahor.
K kapilárnemu pôsobeniu dochádza v dôsledku medzimolekulových síl medzi molekulami kvapaliny a povrchom kapiláry. Preto sa vyskytuje v dôsledku adhéznych síl. Keď je priemer rúrky dostatočne malý, kvapalina stúpa cez rúrku v dôsledku adhéznych aj kohéznych síl. Kohézne sily (príťažlivé sily medzi podobnými molekulami) spôsobujú, že molekuly sa ťahajú nahor.
Keď sa kapilára umiestni do kvapaliny, na okraji trubice sa vytvorí meniskus. Potom, v dôsledku adhéznych síl medzi molekulami kvapaliny a stenou trubice, je kvapalina ťahaná hore, kým gravitačná sila pôsobiaca na toto množstvo kvapaliny nestačí na prekonanie adhéznej sily. Potom sa molekuly kvapaliny vytiahnu v dôsledku súdržnosti.
Obrázok 02: Kapilárne pôsobenie – model
Kapilárna akcia je medzi rastlinami bežná. Xylémové cievy sú kapilárne trubice, ktoré môžu ťahať vodu s rozpustenými živinami smerom nahor. To spĺňa požiadavku na vodu a živiny vetvami a listami veľkých rastlín.
Aký je vzťah medzi povrchovým napätím a kapilárnym pôsobením?
Vzlínanie vytvára stĺpec kvapaliny v kapiláre. Výšku stĺpca kvapaliny možno určiť pomocou rovnice uvedenej nižšie.
Vzorec na výpočet výšky stĺpca kvapaliny
h=2γcosθ / ρgr
V tomto
- h je výška stĺpca kvapaliny,
- γ je povrchové napätie kvapaliny (jednotka je N/m),
- θ je kontaktný uhol medzi kvapalinou a stenou trubice,
- ρ je hustota kvapaliny, g je gravitačné zrýchlenie (jednotka je kg/m3),
- r je polomer rúrky (m).
Aký je rozdiel medzi povrchovým napätím a kapilárnym pôsobením?
Povrchové napätie vs kapilárna akcia |
|
| Povrchové napätie je jav, pri ktorom povrch kvapaliny, kde je kvapalina v kontakte s plynom, pôsobí ako tenká elastická vrstva. | Kapilárna činnosť je schopnosť kvapaliny prúdiť v úzkych priestoroch bez pomoci alebo dokonca v opozícii vonkajších síl, ako je gravitácia. |
| Teória | |
| Povrchové napätie je sila na povrchu kvapaliny vystavená vzduchu. | Kapilárna akcia je prúdenie kvapaliny proti vonkajšej sile bez akejkoľvek pomoci. |
| Measurement | |
| Povrchové napätie sa meria ako sila pôsobiaca na určitú dĺžku kvapaliny daná jednotkou N/m (Newton na meter). | Kapilárna činnosť sa meria ako výška stĺpca kvapaliny, ktorý sa ťahá nahor, proti gravitácii udávanej jednotkou m (meter). |
Zhrnutie – povrchové napätie vs. kapilárne pôsobenie
Povrchové napätie a kapilárne pôsobenie sú dva typy mikroskopických vlastností kvapalín. Rozdiel medzi povrchovým napätím a kapilárnym pôsobením je v tom, že povrchové napätie sa meria ako sila pôsobiaca na určitú dĺžku kvapaliny daná jednotkou N/m (Newton na meter), zatiaľ čo kapilárne pôsobenie sa meria ako výška stĺpca kvapaliny. sa ťahá nahor, proti gravitácii danej jednotkou m (meter).
