POVRŠINSKI NAPONZAŠTO OVA BUBA MOŽE DA HODA PO POVRŠINI VODE? ZAŠTO NEKI MALI PREDMETI PLIVAJU...
Transcript of POVRŠINSKI NAPONZAŠTO OVA BUBA MOŽE DA HODA PO POVRŠINI VODE? ZAŠTO NEKI MALI PREDMETI PLIVAJU...
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON
PRIRODAPRIRODA
ZAŠTO OVA BUBA MOŽE DA HODA ZAŠTO OVA BUBA MOŽE DA HODA
PO POVRŠINI VODE?PO POVRŠINI VODE?
ZAŠTO NEKI MALI PREDMETI PLIVAJU ZAŠTO NEKI MALI PREDMETI PLIVAJU
PO POVRŠINI VODE?PO POVRŠINI VODE?
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON
Površinski napon je mera teškoće da se površina tečnosti ili
čvrste supstancije razvuče ili iskida.
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON
Površinski napon = otpor tečnosti da poveća svoju površinu
Potrebna je energija da se
molekul iz unutrašnjosti dovede
na površinu.
jake međumolekulske interakcije
veći površinski napon
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON
a)
b)
m olekul na p ovrsini
m o lekul u tec no sti
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON
Pri različitim uslovima, dA i dG odgovaraju radu izvršenom pri promeni površine sistema za dA:
p = const, T = const: dG = dA,
V = const, T = const: dA = dA,
- povišinski napon (J m-2 ili N m-1)
TV
A
,
A
TP
G
,
A
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON
Promena Gibsove slobodne energije pri beskonačno maloj
promeni površine:
S
nTP
GG
,,A
površinska Gibsova
slobodna energija
dT
dTH S
površinska entalpija
POVRŠINSKPOVRŠINSKA ENERGIJA A ENERGIJA I NAPONI NAPON
– slobodna površinska
energija (J / m2)
AddW
– površinski napon (N / m)
Ldx
d
dx
dWF
2
A
dxLd 2A
F
POVRŠINSKI NAPONPOVRŠINSKI NAPON NEKIH TEČNOSTI NEKIH TEČNOSTI
tečnost površinski napon (mN/m) temperatura (C)
neon 5,2 -247
kiseonik 15,7 -193
etanol 22,3 20
maslinovo ulje 32,0 20
voda 72,8 20
živa 465,0 20
Srebro 800,0 9070
Zlato 1000,0 1070
Bakar 1100,0 1130
UGAO DODIRAUGAO DODIRA
Ugao dodira (u tečnosti) je ugao između meniska tečnosti i zida
suda u kome se tečnost nalazi. Posledica je ravnoteže sila
između tečnosti i čvrste površine koje su u kontaktu.
UGAO DODIRAUGAO DODIRA
cosTGČTČG
Č
T
cosTG
G
TG
ČT
ČG
Ugao dodira se definiše iz ravnoteže sila na graničnu liniju između G, T
i Č faza u horizontalnoj ravni:
UGAO DODIRAUGAO DODIRA
0
ČTČG
90
0cos
00
ČTČG
18090
0cos
cosTGČTČG
UGAO DODIRAUGAO DODIRA
Nemešljive tečnosti: od dve nemešljive tečnosti, površinu kvasi ona
tečnost koja ima manji površinski napon:
AABČAČB cos
ČA
AB
A
A
ČB
B
Č
KOHEZIONEKOHEZIONE I I ATHEZIONE SILEATHEZIONE SILE
athezija
kohezija
KOHEZIONEKOHEZIONE I I ATHEZIONE SILEATHEZIONE SILE
Visok površinski napon
zbog jačih kohezionih sila
od athezionih dovodi do
konveksnog meniska Hg
u staklenoj cevi.
Konkavni menisk H2O
u staklenoj cevi – voda
kvasi površinu.
H2O Hg
KOHEZIONEKOHEZIONE II ATHEZIONE SILEATHEZIONE SILE
ATHEZIONI I KOHEZIONI RADATHEZIONI I KOHEZIONI RAD
Athezioni rad: rad potreban da se površina između tečnosti
i čvrstog tela smanji za jediničnu vrednost (Dipreova jednačina):
Kohezioni rad: rad koji se izvrši nasuprot kohezionih sila, a
koji je potreban da se stub tečnosti jedinične površine pod
dejstvom sila smicanja razdvoji na dva dela:
ČTTGČGČTw
TGTTw 2
UGAO DODIRAUGAO DODIRA
Athezioni rad po jedinici površine kontakta:
Ugao dodira:
(tečnost kvasi površinu)
(tečnost ne kvasi površinu)
ČTTGČGČTw
1cos TG
ČTw
TGČTw ,900
TGČTw ,18090 00
UGAO DODIRAUGAO DODIRA
Živa: c=1400 wad / lg=0,23 mali athezioni rad između
žive i stakla, zbog jakih kohezionih sila u živi.
Kerozin: c=260.
Voda: c= 00 (ako je površina stakla idealno čista).
ATHEZIONE I KOHEZIONE SILE NA POVRŠINIATHEZIONE I KOHEZIONE SILE NA POVRŠINI
RAZASTIRANJE TEČNOSTIRAZASTIRANJE TEČNOSTI
Dve nemešljive tečnosti A i B, tečnost A razastire se spontano po
tečnosti B:
Athezioni rad između A i B:
Uslov za razastiranje:
Koeficijent razastiranja:
ABBAABw
AABw 2
ABAB
0 BAAB
POVRŠINSKI NAPON I RAZLIKA PRITISAKAPOVRŠINSKI NAPON I RAZLIKA PRITISAKA
P3
P2
P1
P >P1 2P <P1 3
KRIVE POVRŠINEKRIVE POVRŠINE
Površina za datu zapreminu tečnosti može biti smanjena
formiranjem krive površine, kao kod mehura.
Posledice zakrivljenosti površine:
• Pritisak ispod površine zavisi od njene zakrivljenosti
(kapilarnost).
• Napon pare tečnosti zavisi od zakrivljenosti površine.
KRIVE POVRŠINEKRIVE POVRŠINE –– PRIMERIPRIMERI
Balon: oblast u kojoj je para zarobljena tankim filmom koji ima
dve površine.
Mehur-šupljina: parom ispunjena šupljina u tečnosti - jedna
površina.
Kapljica: mala zapremina tečnosti u ravnoteži sa okružujućom
parom.
KRIVA POVRŠINAKRIVA POVRŠINA
rdrrddG 8)4( 2
drrPrdPdG 23 4)3
4(
drrPdrr 248
rP
2
21
11
rrP
Laplasova jednačina
porast
površinskog
napona
I RAZLIKA PRITISAKAI RAZLIKA PRITISAKA
Laplasova jednačina: pritisak na konkavnoj strani dodirne površine P2
veći je od pritiska sa konveksne strane P1:
Razlika u pritisku opada na nulu kada je radijus krivine beskonačan
(ravna površina).
Unutar zakrivljenih površina malog radijusa krivine pritisak je veliki u
odnosu na spoljašnji pritisak
rPP
212
P2 P1
PRIMER:PRIMER: MEHURMEHUR U VODIU VODI
mmN
KT
/72
298
2r / m P / Pa P / atm
1 000 288 0,00284
3,0 96 000 0,947
0,3 960 000 9,474
KAPILARNOSTKAPILARNOST
P
P P
h
a) b)
P-2/r
P
Težnja tečnosti da se podiže u uskoj cevi je kapilarnost, a posledica je
površinskog napona.
KAPILARNOSTKAPILARNOST
KAPILARNOSTKAPILARNOST
gha2
1
agh
2
cos2
1 rgh
KAPILARNO PODIZANJEKAPILARNO PODIZANJE
Primer: Ako se voda na 250C (gustine 0,9971 g/cm3) podiže u cevi
radijusa 0,20 mm za 7,36 cm površinski napon vode je:
mmN
mmsmmkgghr
/72
2
)100,2()1036,7()/81,9()/1,997(
2
4223
KAPILARNO SPUŠTANJEKAPILARNO SPUŠTANJE
Athezione sile između tečnosti i zida slabije od kohezionih sila u
tečnosti (primer: Hg i staklo).
Živa u termometarskoj ili
barometarskoj cevi pokazuje
kapilarnu depresiju
KAPILARNOSTKAPILARNOST
P3
P2
P1
P >P1 2P <P1 3
MENISK VODE I ŽIVEMENISK VODE I ŽIVE
KAPILARNO DEJSTVOKAPILARNO DEJSTVO
Athezione sile nasuprot gravitacionih:
Kretanje vode naviše uz hromatografski papir zavisi od
vodoničnih veza između H2O i OH grupa celuloze.
KAPILARNO DEJSTVOKAPILARNO DEJSTVO
BILJNI SOK U DRVEĆUBILJNI SOK U DRVEĆU
Da li se sok u drveću podiže usled kapilarnosti i koliko?
Pretpostavimo da je sok uglavnom voda ( = 103 kg/m3),
kontaktni ugao je 0, radijus kapilara je 2,5x10-5m.
Za vodu je = 7,28x10-2 Nm-1.
mmsmmkg
mN
rgh 594,0
)105,2)(/81,9)(/10(
)0)(cos/1028,7(2cos25233
2
POVRŠINSKI NAPON I NAPON PAREPOVRŠINSKI NAPON I NAPON PARE
p0
p dm
0
lnp
pRT
M
dmG rdrdAG 8
RTr
V
rRT
M
p
p m
22ln
0
RTr
Vpp m2
exp0 Kelvinova jednačina
NUKLEACIJANUKLEACIJA
Dva mehanizma formiranje oblaka:
• homogena nukleacija - mala verovatnoća da se ovo dogodi
• heterogena nukleacija
Maglena komora
POVRŠINSKIN NAPON I TEMPERATURAPOVRŠINSKIN NAPON I TEMPERATURA
temperatura
viša temperatura slabije međumolekulske interakcije manji
POVRŠINSKIN NAPON I TEMPERATURAPOVRŠINSKIN NAPON I TEMPERATURA
k
dT
Mvd sp
3/2)(
2
1
3/222
3/211
)(
)(
3/2)(
T
T
Mv
Mv
sp dTkMvd
sp
sp
kTT
MvMv spsp
12
3/211
3/222 )()(
)()( 3/2 TTkMv csp
Etveš:
0; 22 cTT
POVRŠINSKIN NAPON I TEMPERATURAPOVRŠINSKIN NAPON I TEMPERATURA
Druge empirijske jednačine:
Remzi i Šilds:
Van der Vals:
Katajama:
Meklod:
)6()( 3/2 TTkMv csp
n
cT
T
10
)('
3/2
TTkM
c
4)'( C
POVRŠINSKI NAPON NEKIH TEČNOSTIPOVRŠINSKI NAPON NEKIH TEČNOSTI (N/m)(N/m)
t (C) H2O CCl4 C6H6 C6H5NO2 C6H5OH
0 0,07564 0,0290 0,0316 0,0464 0,0240
25 0,07197 0,0261 0,0282 0,0432 0,0218
50 0,06791 0,0231 0,0250 0,0402 0,0198
70 0,06350 0,0202 0,0219 0,0373 -