Grensesnittspenningsdefinisjon, ligning, enheter og måling

De grensesnittspenning (γ) er nettokraften per lengdeenhet som utøves på kontaktflaten mellom en fase (fast eller væske) og en annen (fast, væske eller brus). Nettokraften er vertikal for kontaktflaten og er rettet inn i fasene.

Når en av fasene er en gass, kalles det vanligvis overflatespenning. Fasene som er i kontakt er ikke blandbare, det vil si at de ikke kan oppløses med hverandre for å danne en løsning. Kontaktområdet mellom fasene er en geometrisk separasjonsflate Grensesnitt. Grensesnittspenningen skyldes de intermolekylære kreftene som er til stede ved grensesnittet.

Krefter mellom molekyler av en væske i kontakt med luften [av booyabazooka (https: // commons.Wikimedia.Org/wiki/fil: wassermolek%c3%bcleint%c3%b6pfchen.Svg)]

Grensesnittspenning spiller en viktig rolle i mange grensesnittfenomener og prosesser som emulsjoner og oljeproduksjon.

[TOC]

Definisjon

Grensesnittegenskapene er ikke lik egenskapene i fasene i kontakt, fordi forskjellige molekylære interaksjoner er manifestert fordi det i det området er molekyler som tilhører en fase og den andre.

Molekylene i en fase samhandler med nabo molekyler, som har lignende egenskaper. Følgelig er den indre nettokraften ugyldig fordi attraktive og frastøtende interaksjoner er like i alle mulige retninger.

Molekylene som er på overflaten mellom de to fasene er omgitt av molekyler i samme fase, men også av nabo molekyler i den andre fasen.

I dette tilfellet er ikke nettokraften ugyldig, og er rettet inn i fasen der det er større interaksjon. Resultatet er at energitilstanden til molekylene på overflaten er større enn statusen for energi i fasen.

Kan tjene deg: Parabolsk skudd: Kjennetegn, formler og ligninger, eksempler

Nettokraften som virker mot interiøret per enhetslengde langs grensesnittet er grensesnittspenningen. På grunn av denne kraften har molekyler spontant en tendens til å minimere energi ved å minimere overflatearealet for hver volumenhet.

Definisjon basert på arbeid og energi

For å tiltrekke et molekyl fra innsiden til overflaten er det nødvendig at kreftene som virker på molekylet overvinner nettokraften. Med andre ord, det kreves arbeid for å øke grensesnittoverflaten.

Styrke som er nødvendig for å øke grensesnittregionen. (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fil: surface_growing.Png)

Jo større, jo større intermolekylær kraft er arbeidet som skal gjøres, og jo større er energiinngangen. Av denne grunn er grensesnittspenning også definert i henhold til arbeid eller basert på energi, som nevnt nedenfor:

Grensesnittspenning er arbeidet som er nødvendig for å lage en områdeenhet ved grensesnittet. På samme måte er grensesnittspenning definert som den frie energien som kreves per enhet med opprettet område.

Ligning og grensesnittspenningsenheter

Ligningen av grensesnittspenning avhengig av den intermolekylære nettokraften er:

γ = F/2L          [1]

F = Netto kraft

l = grensesnittlengde

Tallet 2 som vises i ligning [1] betyr at det er to overflater, en for hvert ansikt av grensesnittet.

Grensesnittspenningen avhengig av arbeidet som kreves for å generere en overflateenhet, uttrykkes ved følgende ligning:

γ = M/ΔA          [2]

W = Arbeid

ΔA = Økning i overflaten

Opprettelsen av grensesnittområdet er ledsaget av en økning i treningsfri energi.

γ = ΔE/ΔA          [3]

ΔE = Grensesnittformasjonsenergi

Det kan tjene deg: oppvarmingskurve: Hva er det, hvordan det gjøres, eksempler

Grensesnittspenningsenhetene i det internasjonale systemet er N/M eller Joules/M². Det brukes også vanligvis dynas/cm eller mn/m.

Temperaturavhengighet

En av hovedfaktorene som påvirker grensesnittspenningen er temperatur. Når temperaturen øker interaksjonskreftene avtar, som en konsekvens av dette, reduseres også nettokraften som trekker over overflaten og forårsaker en reduksjon i grensesnittspenning.

Overflatespenning avhengig av vanntemperaturen [(https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/fil: temperatur_avhengighet_surface_tenion_of_water.Svg)]

Hvis temperaturen fortsatt øker, vil det komme en tid hvor grensesnittspenningen blir kansellert, og det vil ikke være noen separasjonsflate mellom fasene. Temperaturen som grensesnittspenningen blir kansellert kalles kritisk temperatur (t_c).

Årsaken til at grensesnittspenningen avtar er at når temperaturen øker den kinetiske energien på grunn av økningen i molekylens termiske bevegelse.

Måling av grensesnittspenning

Det er forskjellige metoder for eksperimentell måling av grensesnittspenning, blant dem de mest passende i henhold til de karakteristiske egenskapene til fasene i kontakt og eksperimentelle forhold kan velges.

Blant disse metodene er Wilhelmy Plate -metoden, DU Nouy Ring -metoden, den ventende slippmetoden og den roterende slippmetoden.

Wilhelmy Plate -metoden

Den består av å måle den nedadgående kraften som utøver overflaten til en flytende fase på en aluminium eller glassplate. Nettokraften som utøves på platen er lik vekten pluss spenningskraften. Platenes vekt oppnås ved hjelp av midler.

Du nouy ringmetode

I denne metoden måles kraften for å skille overflaten til en metallring fra en flytende overflate som sikrer at ringen før måling er fullstendig nedsenket i væsken. Separasjonskraften er lik grensesnittspenning og måles ved hjelp av en høy presisjonsbalanse.

Kan tjene deg: Planck Constant: Formler, verdier og øvelser

I påvente av drop -metoden

Denne metoden er basert på å måle deformasjonen av en dråpe som henger fra en kapillær. Fallet holdes i likevekt mens du henger fordi spenningskraften tilsvarer vekten av dråpen.

Forlengelsen av dråpen er proporsjonal med vekten av dråpen. Metoden er basert på å bestemme lengden på fallet på dråpen på grunn av dens vekt.

Helling Drop -metoden [av Urocyon (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/fil: pendant_drop_test.Svg)]

Roterende fallmetode

Den roterende dråpemetoden er veldig nyttig for å måle svært lave grensesnittspenninger som gjelder prosessen med produksjon av emulsjoner og mikroemulsjoner.

Den består av å plassere en dråpe en mindre tett væske inne i et kapillærrør full av en annen væske. Dråpen blir utsatt for en sentrifugalkraft på grunn av en rotasjonsbevegelse, med stor hastighet, som forlenger fallet på Y -aksen og motsetter seg spenningskraften.

Grensesnittspenningen oppnås fra dimensjonene til den geometriske formen på gikt, blir deformert og rotasjonshastigheten.

Referanser

1. Tadros, t f. Bruk overflateaktive midler. Berkshire, Storbritannia: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2005.
2. Van OSS, C J J. Grensesnittkrefter i vandige medier. Florida, USA: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Figur, L og Teixeira, a a. Matfysikk: Fysiske egenskaper - Måling og applikasjoner. Tyskland: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, r e. Grensesnittspenning. Mérida: Firp - Universidad de Los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Håndbok for petroleumsproduktanalyse. New Jersey, USA: Jhon Wiley & Sons, 2015.
6. Adamson, W og Gast, en P. Fysisk kjemi av overflater . USA: John Wiley & Sons, Inc. , 1997.
7. Blunt, M J. Multifase-strømning i permeabelt gjennomsnitt: et poreskala perspektiv. Cambridge, Storbritannia: Cambridge University Press, 2017.