WSTEP:

Cząsteczki cieczy przyciągają się wzajemnie. Jest to przejaw oddziaływania elektromagnetycznego. Siły te nazywamy siłami spójności. Siły działające na cząsteczki wewnątrz cieczy się równoważą, natomiast na cząsteczki leżące na powierzchni działa siła wypadkowa do środka cieczy (cząsteczki są wciągane do wnętrza cieczy). Siłę tą nazywamy siłą napięcia powierzchniowego. W polu grawitacyjnym Ziemi kształt powierzchni cieczy jest zawsze taki, by suma energii potencjalnych związanych z oddziaływaniem grawitacyjnym oraz siłami międzycząsteczkowymi była najmniejsza. Daleko od ścianek naczynia powierzchnia jest płaska, ponieważ tam dużą rolę odgrywają siły grawitacji, a wypadkowa sił międzycząsteczkowych działających na każdą cząsteczkę jest zwrócona w dół. Powierzchnia cieczy jest zawsze prostopadła do siły wypadkowej.
W pobliżu ścianek oprócz sił spójności działają siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ciała stałego nazwane siłami przylegania. Jeśli siły spójności są większe od sił przylegania to mówimy, że ciecz nie zwilża ścianek naczynia i tworzy się wtedy menisk wypukły. Tak zachowuje się rtęć w szklanych naczyniach. Jeśli siły przylegania są większe od sił spójności to mówimy, że ciecz zwilża ścianki naczynia i tworzy się wtedy menisk wklęsły. Tak zachowuje się woda w szklanej rurce. Bardzo wąskie rurki, których średnica jest rzędu 1 milimetra lub mniejsza, nazywamy włoskowatymi lub kapilarnymi (od łacińskiego słowa capillus - włos). Jeśli taką rurkę zanurzymy w cieczy, która ją zwilża (na przykład rurkę szklaną w wodzie), to tworzy się menisk wklęsły. Powstaje wtedy ciśnienie powierzchniowe, które powoduje podnoszenie się cieczy powyżej powierzchni swobodnej cieczy w danym naczyniu. Im mniejsza jest średnica naczynia tym wysokość na jaką podnosi się woda jest większa. Ciecz niezwilżająca rurki włoskowatej opuszcza się poniżej powierzchni cieczy w naczyniu. Tak zachowuje się rurka szklana, posmarowana tłuszczem, zanurzona w wodzie . Gdy na długości „l” dowolnego konturu na powierzchni cieczy działa całkowita siła F, to napięcie powierzchniowe wynosi:

Napięcie powierzchniowe cieczy nie zależy od wielkości powierzchni, lecz od rodzaju cieczy i od jej temperatury. Dla wody w warunkach pokojowych wynosi ono
. Napięcie powierzchniowe wiąże się z pracą wykonaną wbrew siłom spójności, potrzebna do zwiększenia swobodnej powierzchni cieczy

Praca zużyta na zwiększenie powierzchni cieczy magazynowana jest w postaci energii powierzchniowej cieczy, nazywanej swobodną energią powierzchniową. Można ją ponownie zmienić na pracę:

Stąd mamy drugą definicję napięcia powierzchniowego:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie napięcia powierzchniowego cieczy tzn. wody destylowanej metodą rurki włoskowej i metodą wypływu kropel oraz wody destylowanej z detergentem, roztworu wodnego kwasu octowego i denaturatu metodą wypływu kropel.

---