הבדל מפתח - מתח פני השטח לעומת פעולה נימית
מתח פני השטח ופעולת נימים הם תכונות פיזיקליות של חומרים נוזליים. הם תכונות מקרוסקופיות של נוזלים. ההבדל העיקרי בין מתח פני השטח לפעולה נימית הוא שמתח פני השטח נמדד ככוח המופעל על אורך מסוים של הנוזל שניתן על ידי היחידה N/m (ניוטון למטר) ואילו פעולת נימי נמדדת כגובה עמודת הנוזל. שנמשך כלפי מעלה, כנגד כוח המשיכה שנותנת היחידה m (מטר).
מהו מתח פני השטח?
מתח פני השטח הוא תופעה שבה פני השטח של נוזל, שבו הנוזל במגע עם הגז, פועלים כמו יריעה אלסטית דקה.המונח מתח פני השטח משמש רק כאשר הנוזל נמצא במגע עם גז (לדוגמה: כאשר הוא נפתח לאטמוספירה הרגילה). המונח "מתח ממשק" משמש לשכבה בין שני נוזלים.
אטרקציות בין מינים כימיים שונים גורמות למולקולות הנוזל להתאחד יחד. מולקולות הנוזל על פני הנוזל נמשכות על ידי המולקולות שבאמצע הנוזל. זהו סוג של לכידות. אבל המשיכה בין מולקולות נוזל למולקולות אוויר (או כוחות ההדבקה) זניחה. לכן, שכבת פני השטח הזו של מולקולות נוזל פועלת כממברנה אלסטית. שכבת פני השטח של מולקולות הנוזל נמצאת במתח מכיוון שאין מספיק כוחות משיכה כדי לאזן את הכוחות המלוכדים הפועלים עליהן, ולכן מצב זה נקרא מתח פני השטח.
איור 01: כוחות המשיכה על מולקולות נוזליות על פני הנוזל
נוסחה לחישוב מתח פני השטח
מתח פני השטח (γ)=F/d
כאן, F הוא כוח פני השטח ו-d הוא האורך שלאורכו פועל כוח פני השטח. לכן, מדידת מתח הפנים ניתנת על ידי היחידה N/m (ניוטון למטר). זוהי יחידת SI למדידת מתח הפנים.
מהי פעולה קפילרית?
פעולה קפילרית היא היכולת של נוזל לזרום בחללים צרים ללא סיוע של, או בניגוד לכוחות חיצוניים כמו כוח הכבידה. ניתן להבחין בו כשואבת נוזל דרך צינור נימי בכיוון מעלה.
פעולת הנימים מתרחשת בגלל הכוחות הבין-מולקולריים בין מולקולות הנוזל לפני השטח של הצינור הנימים. לכן, זה מתרחש עקב כוחות הידבקות. כאשר קוטר הצינור קטן מספיק, הנוזל עולה דרך הצינור עקב כוחות הדבקה והלכדות כאחד.כוחות הלכידות (כוחות משיכה בין מולקולות דומות) גורמים למולקולות להימשך כלפי מעלה.
כאשר מניחים צינור נימי בנוזל, נוצר מניסקוס בקצה הצינור. לאחר מכן, עקב כוחות ההיצמדות בין מולקולות הנוזל לדופן הצינור, הנוזל נמשך כלפי מעלה עד שכוח הכבידה פועל על כמות הנוזל הזו מספיק כדי להתגבר על כוח ההדבקה. ואז מולקולות הנוזל נמשכות למעלה עקב לכידות.
איור 02: פעולת נימים – דגם
פעולת נימים נפוצה בקרב צמחים. כלי Xylem הם צינורות נימיים שיכולים לשאוב מים עם חומרים מזינים מומסים כלפי מעלה. זה ממלא את הדרישה של מים וחומרים מזינים על ידי ענפים ועלים של צמחים גדולים.
מהו הקשר בין מתח פני השטח לפעולה נימית?
פעולת הנימים יוצרת עמודת נוזל בצינור קפילרי. ניתן לקבוע את גובה עמודת הנוזל על ידי המשוואה המפורטת להלן.
נוסחה לחישוב גובה עמודת הנוזל
h=2γcosθ / ρgr
בזה,
- h הוא גובה עמודת הנוזל,
- γ הוא מתח הפנים של הנוזל (היחידה היא N/m),
- θ היא זווית המגע בין הנוזל לדופן הצינור,
- ρ היא הצפיפות של הנוזל, g היא התאוצה כתוצאה מכוח הכבידה (היחידה היא Kg/m3),
- r הוא הרדיוס של הצינור (m).
מה ההבדל בין מתח פני השטח לפעולה נימית?
מתח פני השטח לעומת פעולה נימית |
|
| מתח פני השטח היא תופעה שבה פני השטח של נוזל, שבו הנוזל במגע עם הגז, פועלים כמו יריעה אלסטית דקה. | פעולה קפילרית היא היכולת של נוזל לזרום בחללים צרים ללא סיוע של, או אפילו בניגוד לכוחות חיצוניים כמו כוח המשיכה. |
| תיאוריה | |
| מתח פני השטח הוא הכוח על פני השטח של נוזל החשוף לאוויר. | פעולה קפילרית היא זרימת נוזל כנגד כוח חיצוני ללא כל סיוע. |
| מדידה | |
| מתח פני השטח נמדד ככוח המופעל על אורך מסוים של הנוזל שניתן על ידי היחידה N/m (ניוטון למטר). | פעולת נימי נמדדת כגובה עמודת הנוזל הנמשכת כלפי מעלה, כנגד כוח המשיכה שניתן על ידי היחידה m (מטר). |
סיכום – מתח פני השטח לעומת פעולה נימית
מתח פני השטח ופעולת נימי הם שני סוגים של תכונות מיקרוסקופיות של נוזלים. ההבדל בין מתח פני השטח לפעולה נימית הוא שמתח פני השטח נמדד ככוח המופעל על אורך מסוים של הנוזל הניתן על ידי היחידה N/m (ניוטון למטר) ואילו פעולת נימי נמדדת כגובה עמודת הנוזל. נמשך כלפי מעלה, כנגד כוח הכבידה שנותנת היחידה m (מטר).
