التوتر البيني: التعريف والمعادلة والوحدات والقياس - جسدي - بدني - 2025

و التوتر السطحي (γ) هو القوة الصافية لكل وحدة طول مورست على سطح التماس بين مرحلة (صلبة أو سائلة) وآخر (الصلبة أو السائلة أو الغازية). القوة الكلية عمودية على سطح التلامس ويتم توجيهها نحو الجزء الداخلي من المراحل.

عندما تكون إحدى المراحل غازًا ، فإنها تسمى عادةً بالتوتر السطحي. مراحل التلامس غير قابلة للامتزاج ، أي لا يمكن أن تذوب معًا لتشكيل حل. منطقة التلامس بين الأطوار هي سطح فاصل هندسي يسمى الواجهة. يرجع التوتر البيني إلى القوى بين الجزيئات الموجودة في الواجهة.

القوى بين جزيئات السائل المتلامسة مع الهواء

يلعب التوتر البيني دورًا مهمًا في العديد من الظواهر والعمليات البينية مثل إنتاج المستحلب وإنتاج الزيت.

تعريف

لا تتطابق خصائص الواجهة مع الخصائص الموجودة داخل أطوار التلامس ، لأن التفاعلات الجزيئية المختلفة تتجلى لأنه في تلك المنطقة توجد جزيئات تنتمي إلى كلٍّ من الطورين والأخرى.

تتفاعل الجزيئات داخل الطور مع الجزيئات المجاورة ، والتي لها خصائص متشابهة. وبالتالي ، فإن صافي القوة الداخلية هو صفر لأن التفاعلات الجذابة والمثيرة للاشمئزاز هي نفسها في جميع الاتجاهات الممكنة.

الجزيئات الموجودة على السطح بين المرحلتين محاطة بجزيئات من نفس الطور ولكن أيضًا بالجزيئات المجاورة من الطور الآخر.

في هذه الحالة ، القوة الصافية ليست صفراً ، وهي موجهة نحو الجزء الداخلي من المرحلة التي يوجد فيها تفاعل أكبر. والنتيجة هي أن حالة الطاقة للجزيئات على السطح أكبر من حالة الطاقة داخل الطور.

القوة الكلية المؤثرة إلى الداخل لكل وحدة طول على طول الواجهة هي التوتر البيني. بسبب هذه القوة ، تميل الجزيئات تلقائيًا إلى تقليل الطاقة ، مما يقلل من مساحة السطح لكل وحدة حجم.

تعريف يعتمد على العمل والطاقة

لجذب جزيء من الداخل إلى السطح ، من الضروري أن تتجاوز القوى المؤثرة على الجزيء القوة الكلية. بمعنى آخر ، العمل مطلوب لزيادة السطح البيني.

القوة اللازمة لزيادة المنطقة البينية. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)

كلما زادت القوة بين الجزيئات الصافية ، زاد العمل الذي يتعين القيام به وزاد مدخلات الطاقة. لهذا السبب ، يُعرَّف التوتر السطحي أيضًا على أنه دالة للعمل أو كدالة للطاقة ، كما هو مذكور أدناه:

التوتر البيني هو العمل المطلوب لإنشاء منطقة وحدة في الواجهة. وبالمثل ، يتم تعريف التوتر البيني على أنه الطاقة الحرة المطلوبة لكل وحدة مساحة تم إنشاؤها.

معادلة ووحدات التوتر السطحي

معادلة التوتر السطحي كدالة للقوة الجزيئية الصافية هي:

γ = F / 2l

سبب انخفاض التوتر السطحي هو أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الحركية بسبب الزيادة في الحركة الحرارية للجزيئات.

قياس التوتر السطحي

هناك طرق مختلفة للقياس التجريبي للتوتر البيني ، من بينها يمكن اختيار الأنسب وفقًا للخصائص المميزة لمراحل التلامس والظروف التجريبية.

تتضمن هذه الطرق طريقة لوحة Wilhelmy وطريقة حلقة Du Nouy وطريقة إسقاط القلادة وطريقة الإسقاط الدوراني.

طريقة لوحة ويلهيلمي

وهي تتألف من قياس القوة الهابطة التي يمارسها سطح الطور السائل على لوح من الألومنيوم أو الزجاج. القوة الكلية المؤثرة على اللوح تساوي الوزن بالإضافة إلى قوة الشد. يتم الحصول على وزن اللوحة من خلال موازنة دقيقة حساسة للالتواء متصلة باللوحة بواسطة جهاز.

طريقة خاتم Du Nouy

في هذه الطريقة ، تُقاس القوة لفصل سطح الحلقة المعدنية عن سطح سائل لضمان أن الحلقة مغمورة بالكامل في السائل قبل القياس. قوة الفصل تساوي التوتر البيني ويتم قياسها باستخدام ميزان عالي الدقة.

طريقة إسقاط قلادة

تعتمد هذه الطريقة على قياس تشوه القطرة المتدلية من الشعيرات الدموية. يتم الاحتفاظ بالهبوط في حالة توازن أثناء تعليقه لأن قوة الشد تساوي وزن السقوط.

استطالة القطرة تتناسب مع وزن القطرة. تعتمد الطريقة على تحديد طول استطالة القطرة بسبب وزنها.

طريقة إسقاط قلادة

طريقة الإسقاط بالتناوب

تعتبر طريقة الإسقاط الدوراني مفيدة جدًا في قياس التوترات السطحية المنخفضة جدًا التي يتم تطبيقها على عملية إنتاج المستحلب والمستحلب الدقيق.

يتكون من وضع قطرة من سائل أقل كثافة داخل أنبوب شعري مملوء بسائل آخر. يخضع السقوط لقوة طرد مركزي بسبب حركة دوارة ، بسرعة كبيرة ، مما يطيل السقوط على المحور ويقاوم قوة الشد.

يتم الحصول على التوتر السطحي من أبعاد الشكل الهندسي للقطرة ، والتشوه ، وسرعة الدوران.

المراجع

1. تادروس ، تي إف. بيركشاير ، المملكة المتحدة: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co ، 2005.
2. فان أوس ، سي جي القوى البينية في الوسائط المائية. فلوريدا ، الولايات المتحدة: مجموعة تايلور وفرانسيس ، 2006.
3. الشكل ، L و Teixeira ، A A. فيزياء الغذاء: الخصائص الفيزيائية - القياس والتطبيقات. ألمانيا: سبرينغر ، 2007.
4. أنطون دي سلاجر ، آر إي. التوتر البيني. ميريدا: FIRP - جامعة لوس أنديس ، 2005.
5. سبيت ، جي جي كتيب تحليل المنتجات البترولية. نيو جيرسي ، الولايات المتحدة: جون وايلي وأولاده ، 2015.
6. Adamson، AW and Gast، A P. Physical Chemistry of Surfaces. الولايات المتحدة: John Wiley & Sons، Inc. ، 1997.
7. بلانت ، إم جي التدفق متعدد الأطوار في الوسائط القابلة للنفاذ: منظور مقياس المسام. كامبريدج ، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج ، 2017.