Pintajännitys vs. pintaenergia
Pintajännitys ja pintaenergia ovat kaksi erittäin tärkeää fysiikassa käsiteltyä käsitettä. Pintajännityksen ja pintaenergian käsitteitä käytetään laajalti esimerkiksi nestemekaniikassa, nestedynamiikassa, aerodynamiikassa ja monilla muilla aloilla. Pintajännitys on nestemäinen molekyylien välinen voima nesteen pintamolekyyleihin. Pintaenergia on näiden sidosten merkityksellinen energia. Tässä artikkelissa aiomme keskustella mitä pintajännitys ja pintaenergia ovat, niiden sovelluksia, pintajännityksen ja pintaenergian määritelmiä, niiden yhtäläisyyksiä ja lopuksi pintajännityksen ja pintaenergian eroa.
Pintajännitys
Tarkastellaan homogeenista nestettä. Jokaisella nesteen keskiosassa olevalla molekyylillä on täsmälleen sama määrä voimaa, joka vetää sen jokaiselle puolelle. Ympäröivät molekyylit vetävät keskusmolekyyliä tasaisesti joka suuntaan. Harkitse nyt pintamolekyyliä. Sillä on vain voimia, jotka vaikuttavat siihen nestettä kohti. Ilma-neste-tarttuvuusvoimat eivät ole edes läheskään yhtä vahvoja kuin neste-neste-tarttumisvoimat. Joten pintamolekyylit vetävät puoleensa nesteen keskustaa, mikä luo pakatun molekyylikerroksen. Tämä molekyylien pintakerros toimii ohutkalvona nesteessä.
Jos otamme tosielämän esimerkin vesisäteilijästä, se käyttää tätä ohutta kalvoa asettamaan itsensä veden pinnalle. Se liukuu tälle pintakerrokselle. Jos se ei ole tätä pintakerrosta, se olisi hukkunut välittömästi.
Pintajännitys määritellään voimaksi, joka on yhdensuuntainen pinnan kanssa kohtisuorassa pinnalle piirrettyyn yksikköpituuteen. Pintajännitysyksiköt ovat Nm -1. Pintajännitys määritellään myös energiana pinta-alayksikköä kohti. Tämä antaa myös pintajännityksen uudet yksiköt Jm -2. Kahden sekoittumattoman nesteen välinen pintajännitys tunnetaan rajapintajännityksenä.
Pintaenergia
Pintaenergia ja pintajännitys ovat kaksi toisiinsa liittyvää käsitettä. Nesteen pinnalla olevat molekyylit ovat täynnä epätasapainoista molekyylien välisten voimien vuoksi kuin keskellä olevat molekyylit. Tämä tarkoittaa, että nesteen pinnalla on suuri energiatiheys.
Pintaenergia voidaan määritellä materiaalieron ja materiaalin pinnan välisenä energiaerona. Pintaenergia määritellään pintaenergiana pinta-alayksikköä kohti. Pintaenergia yksikköaluetta kohden on identtinen mitatun pintajännityksen kanssa. Pintaenergian yksiköt ovat Jm -2. Kun pintaenergia saadaan ulkoisesta lähteestä, nesteen sanotaan kuplivan.
Pintajännitys vs. pintaenergia
