ما هو التوتر السطحي

أسباب التوتر السطحي

يسمح التوتر السطحي لسطح السائل بمقاومة القوى الخارجية، ويلعب دوراً رئيسياً في مختلف العمليات الطبيعية والتكنولوجية.

ينتجالتوتر السطحيبشكل أساسي عن قوى التماسك بين جزيئات السائل. في السوائل مثل الماء، تُنشئ الروابط الهيدروجينية تجاذبات قوية بين الجزيئات، خاصةً عند السطح. وتتسبب هذه القوى بين الجزيئات في أن يتصرف السطح مثل غشاء مرن مشدود، مما يقلل من مساحة السطح ويحافظ على سلامة سطح السائل.

قياس التوتر السطحي

القياس الدقيق للتوتر السطحي ضروري في كل من البحث العلمي والتطبيقات الصناعية. وهناك عدة طرق شائعة الاستخدام:

طريقة الارتفاع الشعري

تقيس هذه الطريقة ارتفاع السائل في أنبوب ضيق بسبب التوتر السطحي. ويرتبط الارتفاع مباشرةً بالتوتر السطحي ويمكن حسابه باستخدام معادلات ثابتة.

طريقة دونويالدائري

في هذه الطريقة، يتم إنزال حلقة برفق على سطح السائل ثم رفعها. توفر القوة المطلوبة لفصل الحلقة عن السائل مقياسًا للتوتر السطحي.

طريقة صفيحة ويليمي

تُغمر صفيحة رقيقة عمودياً في السائل، وتُقاس القوة التي يبذلها التوتر السطحي للسائل على الصفيحة. تُستخدم هذه القوة لتحديد قيمة التوتر السطحي.

لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

كيفية كسر التوتر السطحي

يتضمن كسر أو تقليل التوتر السطحي تعطيل قوى التماسك بين الجزيئات السائلة. تتضمن الطرق الشائعة ما يلي:

• إضافة المواد الخافضة للتوتر السطحي: المواد الخافضة للتوتر السطحي هي مركبات تخفض التوتر السطحي عن طريق التداخل مع الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات السائلة.
• زيادة درجة الحرارة: يمكن أن يؤدي تسخين السائل إلى إضعاف القوى بين الجزيئات، وبالتالي تقليل التوتر السطحي.
• التحريك الميكانيكي: يُدخل التحريك أو رج السائل طاقة تُخلخل الطبقة السطحية مما يقلل التوتر السطحي.

أمثلة على التوتر السطحي في الطبيعة والتكنولوجيا

يتجلى التوتر السطحي في العديد من الظواهر الطبيعية والتطبيقات التكنولوجية:

• حشرات الماء: تستخدم هذه الحشرات التوتر السطحي للسير على الماء دون أن تغرق.
• تكوين القطرات: يتسبب التوتر السطحي في تكوين السوائل لقطرات كروية، مما يقلل من مساحة السطح.
• الطباعة النافثة للحبر: يعتمد تكوين قطرات الحبر وقذفها على التحكم الدقيق في التوتر السطحي.
• المنظفات:تعملالمواد الخافضةللتوتر السطحي في المنظفات على تقليل التوتر السطحي، مما يعزز عملية التنظيف من خلال السماح للماء بالانتشار واختراق الأسطح بشكل أكثر فعالية.

الأسئلة المتداولة

ما هو التوتر السطحي؟

التوتر السطحي هو خاصية السائل التي تسمح لسطحه بمقاومة القوى الخارجية الناتجة عن قوى التماسك بين الجزيئات.

كيف يقاس التوتر السطحي؟

يتم قياسه باستخدام طرق مثل ارتفاع الشعيرات الدموية وحلقة دو نوي وصفيحة ويلهلمي، وكل منها يتضمن طرقًا مختلفة لقياس القوة لكل وحدة طول.

ما الذي يسبب التوتر السطحي في الماء؟

في الماء، تُنشئ الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات قوى تماسك قوية، مما يؤدي إلى التوتر السطحي.

كيف تؤثر المواد الخافضة للتوتر السطحي على التوتر السطحي؟

تقلل المواد الخافضة للتوتر السطحي عن طريق تعطيل قوى التماسك بين جزيئات السائل، مما يسهل انتشار السوائل واختلاطها.

هل يمكن أن تغير درجة الحرارة التوتر السطحي؟

نعم، تؤدي زيادة درجة الحرارة عموماً إلى تقليل التوتر السطحي عن طريق إضعاف قوى التماسك بين الجزيئات.