מתח פנים – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
משהו תגיות: ריקון הסרת קטגוריות עריכה חזותית |
מ שוחזר מעריכות של 212.179.174.249 (שיחה) לעריכה האחרונה של Matanyabot |
||
שורה 1:
{{להשלים|כל הערך=כן|נושא=מדעי הטבע}}
[[קובץ:2006-01-15 coin on water.jpg|שמאל|ממוזער|250px|מטבע מוחזק במעלה כוס מים, באמצעות מתח פנים]]
[[קובץ:Dropsplash2.jpg|שמאל|ממוזער|250px|טיפת מים נוחתת על משטח, כוחות מתח פנים מחזיקים את הטיפה]]
[[קובץ:Water surface tension 2.jpg|ממוזער|250px|השפעת [[אטב ניירות]] על מתח הפנים של מים]]
[[קובץ:Dolomedes.fimbriatus.female.jpg|ממוזער|250px|עכביש המשתמש במתח הפנים כדי לצוף על פני המים]]
[[קובץ:Alchemilla.jpg|ממוזער|250px|מתח פנים של טיפות מים על עלה]]
'''מתח פנים''' הוא מושג בתחום ה[[פיזיקה]] המתאר את התנהגות פני השטח של [[נוזל]]ים כיריעה אלסטית, השואפת לפני שטח מינימליים. מושג זה מאפשר בין השאר, הסבר של תופעות המוכרות לכולנו בחיי היום יום - החל מ[[בועת סבון|בועות סבון]], תנועת חרקים מסוימים על פני המים, וכלה ב[[אפקט צ'יריוס]].
מתח פנים הוא תוצר ישיר של ה[[כוח (פיזיקה)|כוחות]] הפועלים בין המולקולות של ה[[נוזל]]. אם נדמיין מודל של טיפת מים, ונתבונן ב[[מולקולה]] פנימית, נראה כי היא נמשכת בכוח שווה על ידי המולקולות שסביבה כך שמאזן הכוחות הפועלים עליה הוא אפס. לעומת זאת אם נבחן מולקולה הנמצאת על פני השטח של טיפת המים, המולקולות הפנימיות מפעילות עליה כוחות כלפי פנים, והכוח היחיד המאזן אותם הוא התנגדות הנוזל לדחיסה (יש השפעה גם לסביבה שבה נמצאת הטיפה, אך במקרה של אוויר ש[[צפיפות החומר|צפיפותו]] קטנה ביחס לצפיפות המים, כוח זה זניח).
מתח פנים מיוצג על ידי האותיות היווניות σ או γ או על ידי האות האנגלית T ומוגדר ככוח הפועל לאורך קו הנמדד ביחידות של ניוטון למטר (N/m). לפי יחידות מתח הפנים ניוטון למטר (N/m) שקולות ל[[ג'אול]] למטר בריבוע (<math>\frac{N}{m}=\frac{N\cdot m}{m\cdot m}=\frac{J}{m^{2}}</math>), כלומר '''מתח פנים''' הוא גם היחס בין האנרגיה של המשטח לשטח שלו.
==שיטות מדידה==
* '''שיטת טבעת Du Noüi''': שיטה מסורתית זו משמשת למדידת מתח פנים על ידי מדידת הכוח המקסימלי שבו ניתן למשוך טבעת המונחת על פני נוזל.
* '''שיטת לוחית Whilhelmy''': שיטה אוניברסלית המתאימה במיוחד למדידת מתח פנים לאורך פרקי זמן ממושכים. במהלך הבדיקה, דיסקה בעלת קוטר ידוע מראש מוצמדת למשקל ומונחת על פני הנוזל כך שהמאזניים מראים את הכוח הפועל על הדיסקה.
* '''שיטת הטיפה המסתחררת''': שיטה זו אידיאלית למדידת מתחים קטנים. הבדיקה מבוצעת על ידי סחרור טיפה במהירות סיבובית גבוהה ומדידת הקוטר שלה.
* '''שיטת הטיפה והמטוטלת''': מתח פנים ניתן לחישוב באמצעות שיטה זו על ידי ניתוח אופטי של הגאומטריה של הטיפה המושפעת מתנודות המטוטלת.
* '''שיטת לחץ הבועה (שיטת Jaeger)''': מאפשרת מדידה של מתח פנים בזמני חיים קצרים.
* '''שיטת נפח הטיפה''': מתח הפנים מחושב על ידי הזרקה של טיפה של נוזל מסוג אחד לתוך נוזל שני בצפיפות שונה. השיטה מאפשרת מדידה של מתח הפנים כפונקציה של הזמן כתוצאה מהאינטראקציה בין שני הנוזלים.
==מתח פנים ותרמודינמיקה==
[[קובץ:Capillarity.svg|ממוזער|250px|התנהגות מתח הפנים של חומרים שונים]]
===הגדרה תרמודינמית===
מבחינת ה[[תרמודינמיקה]], מתח פנים מוגדר כ:
<math>\gamma=\left( \frac{\partial G}{\partial A} \right)_{P,T}</math>
כאשר G הוא [[האנרגיה החופשית של גיבס]] ו A הוא השטח.
מהגדרה זו ניתן לפתוח את נוסחת קלווין הראשונה ולקבל את ה[[אנתלפיה]] (סך כל האנרגיה התרמית האצורה בחומר):
<math>H^A=\gamma - T \left( \frac {\partial \gamma}{\partial T} \right)_P</math>
===השפעת הטמפרטורה על מתח הפנים===
בתחום זה קיימות רק נוסחאות [[אמפיריות]]:
* '''נוסחת Eötvös:'''
<math>\gamma V^{2/3}=k(T_C-T)\,\!</math>
כאשר V הוא הנפח ה[[מול]]רי, <math>T_C</math> הוא הטמפרטורה הקריטית ו ו-k הוא קבוע מיוחד לכל נוזל.
לדוגמה, במקרה של מים:
k = 1.03 erg/°C
T<sub>C</sub>= 347.25 °C
V = 18 ml/mol
* '''נוסחת Guggenheim-Katayama:'''
<math>\gamma = \gamma^o \left( 1-\frac{T}{T_C} \right)^n </math>
כאשר <math>\gamma^o</math> הוא קבוע לכל סוג נוזל ו- n הוא פרמטר אמפירי שערכו הוא 11/9 עבור נוזלים אורגניים.
למשל, ב-20°C מתח הפנים של המים הוא 72.75 דיון לסנטימטר.
== קוהזיה ואדהזיה ==
באנרגיית ה[[קוהזיה]], האנרגיה המשתחררת בהתחברות משטחית של שני נוזלים (מאותו סוג) על פני יחידת שטח, קטן השטח של שני הגופים ביחידת שטח. אנרגיית הקוהזיה שווה לפעמיים מתח הפנים על יחידת השטח הנ"ל.
אנרגיית ה[[אדהזיה]] מתארת תופעה דומה בין שני נוזלים מסוגים שונים.
== קישורים חיצוניים ==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{ynet|אלעד רובינשטיין|המעבדה: האטב הצף|3504324|8 בפברואר 2008}}
* {{דוידסון|אבי סאייג|איך נוצר מתח הפנים בנוזלים ואיך מודדים אותו?|askexpert/physics/איך-נוצר-מתח-הפנים-בנוזלים-ואיך-מודדים-אותו-אבי|27 דצמבר 2012}}
[[קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה]]
[[קטגוריה:הידרודינמיקה]]
| |||