PRAWO LAPLACE'A

Jest związane ze stanami powierzchniowymi zakrzywionej powierzchni cieczy. Stany te powodują, że pod zakrzywioną powierzchnią cieczy panuje inne ciśnienie aniżeli pod płaską. W przypadku powierzchni wypukłych ciśnienie to jest większe, natomiast w przypadku wklęsłych mniejsze - jak w przypadku powierzchni płaskich. Wartość nadwyżki ciśnienia p dla cieczy w kształcie kuli wyraża wzór Laplace'a:

p=2sigma/r gdzie: sigma-napięcie powierzchniowe r-promien powierzchni kulistej

dla cieczy o różnych krzywiznach:

p= sigma(1/R1 + 1/R2)

gdzie: R1 i R2 to promienie krzywizny powierzchni cieczy w dwóch do siebie prostopadłych przekrojach

dla walca:

p=sigma/R

Prawo Laplace'a znazło szerokie zastosowanie w analizach biofizycznych, np. w ocenie ciśnienia w naczyniu krwionośnym, w pęcherzykach płucnych, itp.

Energia powierzchniowa, napięcie powierzchniowe.

Ciało na pow. Jest inne niż w głębi->stany powierzchniowe. Możemy je wyróżnić również pomiędzy dwoma fazami np. ciłem stały a cieczą. Ciała w głębi cieczy mają wypadkową sił rowną 0 , datego mają pewną swobode ruchu, na ciąła przy powierzni działa siła w głąb cieczy -> mają one energię większą niż ciała w głębi. Aby ciało z głębi wyszło na pow, trzeba wykonać na nim pracę wbrew siołom. Stanowi równowagi odpowiada min. Energia, dlatego ciecze wykazują dąznośc do przyjmowania możliwie najmniejszych powierzchni. Jezleoi na ciecz nie działają żadne siły to przyjmuje kształt kuli(ma najmniejsza pow w stosunku do objętości)

Powiekszenie pow. Swobodnej o deltaS wymaga wykononia pracy deltaW

Energia powierzchniowa właściwa – lub współczynnik napięcia powierzchniowego – napięcie powierzchniowe (wyraża liczbowo energie powierzchniową wypadającą na jednostkę powierzchni)– stycznie do powierzchni cieczy działają siły zwane siłami napięcia powierzchniowego starające się zmniejszyć swobodną powierzchnię cieczy.W celu utrzymania stałego pola powierzchni błony mydlanej rozpiętej na ramce z drutu, trzeba na ruchome ramię ramki działać siłą F. Wymaga to zrównoważenia wypadkowej sił napięć powierzchniowych zaczepionych wzdłuż ramienia o długości L=2l (2l – bo siły działają po obu stronach błony).Zwiększenie pola błony o ∆S=L ∙ ∆x wymaga wykonania pracy ∆W=F ∙ ∆x , stąd napięcie powierzchniowe wyraża wzór:σ=∆W/∆S = F ∙ ∆x/L ∙ ∆x σ=F/L [σ]=J/m² = N/m

F – siła napięcia powierzchniowego działająca równolegle do powierzchni cieczy, dążąca do zmniejszenia powierzchni cieczy,

L – długość odcinka na którym działa siła

Napięcie powierzchniowe wyraża się stosunkiem wypadkowej sił napięcia powierzchniowego do długości odcinka, wzdłuż którego są zaczepione.

Adhezja

Przy działaniu sił zew.np adhezji

kształt cieczy zależy od warunków (np.kształtu naczynia, zwilżalności)siły adhezji sprawiają że na granicy różnych cieczy lub cieczy i cs jedna ciecz rozlewa się po powierzchni(Z) a druga tworzy na niej krople (NZ)

ciecz zwilza cs jeżeli jeżeli jego energia powierzchniowa jest mniejsza od tej energii ciala stałego.ciecz rozprzestrzeniając się po powierzchni cs zmniejsza jego pow.swobodna a tym samym energie powierzchniowa, zwiekszajac tym samym pow swobona cieczy az układ znajdzie się w równowadze. Odwrotnie dla niezwilzajacej. Międzyfazowe napięcie powierzchniowe:rysun

Warstwa mononuklearna (jednocząsteczkowa) Niektóre substancje maja zdolności amfipatyczne polegają na tym ze jeden koniec związku jest hydrofoboy inny hydrofilowy, np. w kwasie tłuszczowym-szereg alifatyczny jest hydrofobowy (unika zetkniecia z wodą) a grupa COOH jest hydrofilowa(wykazuje powinowactwo do wody) Kropla kw.tl. rozlewa się na powierzni wody dotad az utworzy się warstwa jednoczasteczkowa, w której cząsteczki kwasu ustawia się prostopadle do powierzchni wody , koncem hydrofilowym zwróconym do jej powierzchni (tego rodzaju struktury stanowią podstawe budowy blony kom)

Stalagmometr –przyrząd do pomiaru względnego napięcia powierzchniowego, zastosowano w nim zjawisko odrywania się kropli od kapilary. Wyznaczanie sprowadza się do liczenia kropli cieczy badanej i wzorcowej wypływających z tej samej obj. Stalagmometru.

Wzgl nap.pow=np.cieczy/np.wody

Rysun F=δ*L L=2πr F=δ2πr P=δ*V/n=V*р*g/2π*n

Gdzie g-przysp.grawitacji, р-gęstość cieczy V-obj.

F=P -> δ=V*g*р/2π*n

n0/n=δ/δ0 gdzie δ0-nap.pow.cieczy.wzorcowej

n0-liczba kropli w cieczy o objV

Metoda odrywania kropel

(pęcherzykowa) –koniec kapilary umieszcza się przy powierzchni cieczy podnosząc ciśnienie, ciecz będzie się zakrzywiała na wylocie aż pęcherzyk się oderwie. Aby pęcherzyk mógł się oderwać musi być większy od promienia kapilary δ=1/2p*deltap gdzie p-cis.hydrostat. a r-promien obwodu kapilary

Oddziaływania między cząsteczkami w cieczy

Pow.swobodna cieczy zachowuje się jak rozciągnięta błonka-spręzysta wykazuje temdemcję do kurczenia się. Cząsteczki cieczy są związane siłami spójności(siły krótkiego zasięgu-maleją wraz ze wzrostem odległości między cząsteczkami) rys1 wywierana siła na cząsteczke A przez pozostale cząsteczki jest równa 0 , cząsteczki w głębi cieczy zachowują się tak jakby nie działy na nie żadne siły. Rys2 wypadkowa sił spójności wywieranych na cząsteczkę B przez inne cząsteczki skierowana jest w głąb cieczy, przesunięcie cząsteczki z głębi cieczy wymaga wykonania pracy przeciwko wypadkowej sił spójności. Rozciągnięcie błonki wymaga wprowadzenia do warstwy powierzchniowej pewnej liczby cząteczek. Praca wykonywana orzy rozciąganiu błonki jest pracą potrzebną do przenoszenia cząsteczek z głębi na powierzchnie. Praca ta powiększa energię potencjalną warstwy powierzchniowej. Uklad znajduje się w stanie równowagi gdy jego energia potencjalna ma najmniejsza wartość. Napiecie powierzchniowe zależy od temp. Jest charakterystyczne dla danej cieczy(ze wzr temp np. maleje by osiagnac zero w temp.krytycznej)