FIZIKA! A felületi feszültség honnan ered? Hogyan lehet kiszámolni a belőle származó erőt és energiát?

Nézzük példaként egy folyadék-gőz határfelületet...

A felületen lévő molekulákra a folyadék belseje felé irányuló eredő erő hat. Ez az erő igyekszik a legkisebbre csökkenteni a folyadék felületét.

Megjegyzés: könnyen belátható, hogy míg a folyadékfázis belsejében minden irányból ható erő éri a molekulát, a felszínen csak a folyadékfázis irányából, mert a gőzfázis irányából nem (illetve elhanyagolható) - ezért lesz a az eredő erő befelé ható.

Az energiára:

A felület növeléséhez munkát kell végeznünk. Ez a w elemi munka arányos az A felület megváltozásával,

δw = γ dA

a γ arányossági tényezőt felületi feszültségnek nevezzük.

1. A γ felületi feszültség tehát: az egységnyi új felület (dA=1) létrehozásához szükséges munka.

Megjegyzés #1: ugyancsak könnyen belátható, hogy valamely erő ellenében végzett elmozdításhoz munkát kell befektetni - gondolj csak klasszikus fizikában megismert (erő * elmozdulás) összefüggésre:

δw = F dx

2. Állandó p nyomáson és T hőmérsékleten a γ felületi feszültség egyenlő az új felület létrehozásával járó G szabadentalpia változással (p,T alsó indexben):

γ = (∂G/∂A)p,T

dG = γ dA

Megjegyzés: G ≡ H - TS szabadentalpia termodinamikai energiafüggvény - dG megváltozása megegyezik az állandó p nyomáson és T hőmérsékleten vett egyéb (nem térfogati) munkával.

3. Állandó V térfogaton és T hőmérsékleten a γ felületi feszültség egyenlő az új felület létrehozásával járó F szabadenergia változással (V,T alsó indexben):

γ = (∂F/∂A)V,T

dF = γ dA

Mivel az egyensúly föltétele F szabadenergia minimuma, valamely rögzített V térfogatú fázis a lehető legkisebb felületű alakzatot (gömbalak) veszi fel (ha F minimális, akkor A is, mert γ állandó).

Megjegyzés: F ≡ U - TS szabadenergia termodinamikai energiafüggvény - dF megváltozása megegyezik az állandó T hőmérsékleten vett munkával.

Az 1., 2., és 3. megfogalmazás egyenértékű!

Az erőre:

Young-Laplace egyenlet:

Δp = γ {(1/r1) + (1/r2)}

Δp: a határfelület két oldala közötti nyomáskülönbség

r1 és r2: a határfelület két - egymásra merőleges - görbületi sugara

A. Sík felületre r1 = r2 = ∞, tehát nincs Δp nyomáskülönbség a felület két oldala között.

B. Gömbre r1 = r2 = r:

Δp = 2γ / r

Minél kisebb a gömb r sugara és minél nagyobb a γ felületi feszültség, annál nagyobb Δp nyomáskülönbség van a felület két oldala között.

Megjegyzés: p nyomás az egységnyi felületre ható erő.

Szappanbuborékra vagy egyéb filmre alkalmazva a Young-Laplace egyenletet, γ helyébe 2γ-át kell írni, mert két határfelület van - γ felületi feszültséget azonban egy határfelületre definiáltuk.

/Forrás: Dr. Liszi János: Fizikai kémia, Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, 1993./

Remélem hasznosítani tudsz valamit belőle... ...ez már engem is kimerített...

Nem baj, ez az Ossian 25-ös jubileumi felsegít :). Ámen.

Na mi van öregem?

Legalább annyit nyögjél ide : fapapucs...

Kérdezni van akarat, visszajelezni már nincs?

Te voltál az utolsó akinek kérés illetve előre megköszönés nélkül válaszoltam.

Parubaru vagy hogy hívnak te kis köcsög, miért nem löksz ide valamit te nyomorék?

Kérdezni tudsz, de válaszolni már büdös mi?

Az ilyenek mint te vagy ennek az oldalnak rákfenéje te nyomi...

Én kérek bocsánatot - az a helyzet, hogy már piás voltam...ezért szaladtam meg.

(De látom a pirosra nyomtál...XD.)