wymagania7 bmp

Rys. 1. Wypadkowe siły wzajemnego przyciągania działające na cząsteczki cieczy

V

Siły ciśnienia powierzchniowego wykazują tendencję do wciągania cząsteczek warstwy powierzchniowej do środka cieczy i nie pozwalają na powiększanie powierzchni. Przy zwiększaniu powierzchni część cząsteczek z głębi cieczy musiałaby bowiem zostać wyciągnięta na powierzchnię rozsuwając cząsteczki już tam leżące. Stąd możemy przyjąć, że w warstwie powierzchniowej przejawia się również działanie sił powierzchniowych pomiędzy cząsteczkami warstwy powierzchniowej. Siły te wykazują następujące właściwości:

—    są styczne do powierzchni,

—    są przyłożone do granicy powierzchni, tzn. do jej obwodu,

—    są skierowane do środka powierzchni.

Sumę takich sił powierzchniowych, przypadającą na jednostkę długości obwodu powierzchni, nazywa się silą napięcia powierzchniowe go lub krótko napięciem po wi erz chnio wy m i oznacza symbolem o. Jednostką sił napięcia powierzchniowego jest Nm^-1.

W celu zwiększenia powierzchni swobodnej cieczy należy wykonać pracę przeciwko siłom napięcia powierzchniowego:

Jeśli granica powierzchni o długości 1 ulegnie przesunięciu o odcinek n, to praca wykonana podczas takiej zmiany jest równa iloczynowi siły napięcia powierzchniowego o (działa ona na jednostkę długości granicy), długość granicy 1 oraz przesunięcia n, czyli:

W = o 1 n.    (5.1)

Iloczyn 1 n jest równy przyrostowi powierzchni AA, stąd

(5.2)

W = o AA.

Wynika stąd, że praca zmiany powierzchni swobodnej jest wprost proporcjonalna do przyrostu powierzchni. Można więc podać następującą interpretację sensu fizycznego napięcia powierzchniowego:

Napięcie powierzchniowe jest równe pracy, niezbędnej dla zmiany powierzchni swobodnej o jednostkę. Sformułowanie to wynika z równania 5.2, gdyż w przypadku, gdy AA = 1

o = W    (5.3)

Tak określone napięcie powierzchniowe jest wyrażone w Jm^-2 i jest identyczne z poprzednio przedstawioną definicją sil napięcia powierzchniowego, wyrażanych w Nm"¹, gdyż J = Nm, skąd Jm^-2 = Nm m^-2 = Nm”¹.

5.1.2. Właściwości napięcia powierzchniowego.

Napięcie powierzchniowe istnieje na każdej granicy dwóch faz i jest wielkością charakterystyczną dla tej granicy.

Napięcie powierzchniowe cieczy mierzy się na powierzchni granicznej pomiędzy cieczą i jej parą nasyconą.

Napięcie powierzchniowe powierzchni granicznej pomiędzy dwiema cieczami jest równe różnicy napięć powierzchniowych tych cieczy:

012 = oi - 02,    (5.4)

gdzie: 012 oznacza napięcie powierzchniowe pomiędzy cieczą 1 oraz 2,

01 oraz 02 — napięcie powierzchniowe cieczy 1 i 2.

Jeśli ciecze wykazują częściową rozpuszczalność wzajemną w miejsce 01 i 02 należy podstawić napięcia powierzchniowe roztworów nasyconych cieczy 2 w cieczy 1 i cieczy 1 w cieczy 2.

Ze wzrostem temperatury napięcie powierzchniowe maleje i staje się bliskie zeru w pobliżu temperatury krytycznej. Zależność tę podaje następujące równanie: (E5tvós, Ramsay, Shields)

(5.5)

ot = a(T_fa - T - 6)

gdzie: a — jest stają liczbową,

T)tr — oznacza temperaturę krytyczną, natomiast T — temperaturę pomiaru.

121