1. Šķidruma īpašības

Aplūkosim molekulas šķidrumā.

 

 

Kad molekula atrodas šķidruma iekšienē, tad uz molekulu no visām pusēm darbojas blakusesošās molekulas. Rezultātā apkārtējo molekulu iedarbība kompensējas $\overrightarrow{F_{\mathit{kop}}}=0$.

Pavisam citādos apstākļos atrodas uz virsmas esošās molekulas, jo virs tām molekulu nav. Tāpēc uz molekulu darbojas kopspēks, kas vērsts uz šķidruma iekšieni $\overrightarrow{F_{\mathit{kop}}}\ne 0$.

 

 

Rezultātā šķidruma virsmai piemīt papildu enerģija, ko sauc par virsmas enerģiju un apzīmē ar \(U\). Doto virsmu sauc par šķidruma brīvo virsmu. Šķidruma brīvā virsma cenšas ieņemt tādu formu, lai tās laukums būtu vismazākais. No tā izriet, ka pastāv spēks, kas veicina virsmas samazināšanos. Šos spēkus sauc par virsmas spraiguma spēkiem.

Virsmas spraiguma spēks darbojas gar šķidruma virsmu un cenšas to samazināt līdz minimumam. To viegli var pārbaudīt, izmantojot stieples cilpu ar diegu vidusdaļā.

 

 

Ievieto cilpu ziepjūdenī. Izņemot cilpu no šķīduma, var pamanīt ziepjūdens plēvīti, kas atrodas no diega abām pusēm. Pieskaries ar pirkstu pie vienas plēvītes. Tā momentāni pārplīst, un palikušais ziepjūdens saraujas, nostiepjot diegu. Ziepjūdens aizņem tādu laukumu, kuru ļauj aizņemt diegs, t.i. minimālo.

Parādība izpaužas gan dabā, gan tehnikā.

 

 

Virsmas spraiguma spēku var izmērīt ar dinamometru vai spēka sensoru (sk. zīm.).

 

 

Aplūko piemēru spraiguma spēka noskaidrošanai:

 

 

Spraiguma spēks mainās, izmantojot gan citu šķidrumu, gan gredzenu ar citu diametru.

$F_{\mathit{sp}}=\mathrm{\sigma }\cdot l$, kur

$F_{\mathit{sp}}$ — spraiguma spēks,

$\mathrm{\sigma }$ — virsmas spraiguma koeficients,

$l$ — virsmas robežas garums.

 

Virsmas spraiguma koeficientu mēra ņūtonos uz metru (\(N/m\)), mērot spēku ņūtonos un virsmas robežas garumu — metros.

Virsmas robežas garuma jēdziens ir līdzīgs perimetra jēdzienam. Tas ir cietā ķermeņa virsmas garums, kuru "apskalo" šķidrums.

 

 

Virsmas spraiguma koeficients ir atkarīgs:

1. No temperatūras (temperatūrai paaugstinoties, virsmas spraiguma koeficients samazinās, jo atšķirība starp šķidrumu un šķidruma tvaiku sāk izlīdzināties).

 

 

2. No šķidruma īpašībām (virsmas spraiguma koeficients var gan samazināties, gan palielināties, šķidrumā ievadot piemaisījumus).

 

 

Tika noskaidrots, ka šķidruma virsmas brīvā enerģija ir atkarīga no šķidruma virsmas spraiguma koeficienta un brīvās virsmas laukuma.

$U=\mathrm{\sigma }\cdot S$, kur

\(U\) — virsmas brīvā enerģija,

$\mathrm{\sigma }$ — virsmas spraiguma koeficients,

\(S\) — brīvās virsmas laukums.

 

No formulas izriet, ka virsmas spraiguma koeficientu var mērīt arī džoulos uz kvadrātmetru ($\frac{J}{m^2}$).