التوتر السطحي هي عبارة تلك الظاهرة الفيزيائية التي يأتي حدوثها في الأصل على إثر وجود قوة تماسك بين جزئيات المادة السائلة حيث تعطي السوائل صفة الأغشية المتماسكة ، و يكون حدوثها على إثر تعرض الجزئيات الموجودة داخل السائل لقوى الشد من كل الاتجاهات فتقوم كل منها بناءا على ذلك بإلغاء الأخرى .
أما بالنسبة للجزئيات المتواجدة على سطح السائل فإنها تتأثر بتلك القوى التي توجد في الأسفل بالعلاوة إلى الجوانب مما ينتج عنه جعل السطح مشدوداً للأسفل فيظهر على هيئة غشاء بشكل دقيق فإن الجزئيات فيما داخل المادة السائلة المتجانسة تتأثر بما يعرف بقوى التماسك أو قوى الجذب الجزيئية.
حيث توطد تلك الأواصر الخاصة بالتماسك فيما بين جزئيات هذه المادة بينما تكون قيمة هذه القوى أقل من قيمتها في الأجسام الصلبة ، و بناءا على هذا فإن الشكل الخاص بالسائل يأخذ شكل الإناء الذي يوضع داخله بل ، و يكون ذلك شيئاً سهلاً بالنسبة للسائل هذا علاوة على تأثر تلك الجزئيات في السائل بقوى التلاصق .
العوامل المؤثرة في التوتر السطحي :-
يوجد عاملان رئيسيان يؤثران في التوتر السطحي ، و هما :-
1- نوع السائل :- و الذي يتفاوت على أثر ظاهرة التوتر السطحي من سائل إلى أخر ، و مثال على هذا التوتر السطحي الذي سيحدث في سائل الزئبق ، و التي يكون حدوثها أكبر منها في السائل المائي ، و لذلك فإن قطرات الزئبق تبدو ، و كأنها أكبر تكوراً من الماء بينما تكون قطرات الكحول أقل تكوراً من الماء .
2- درجة الحرارة :- تعد العلاقة القائمة فيما بين ظاهرة التوتر السطحي ، و درجة الحرارة بمثابة العلاقة العكسية فكلما ارتفعت درجة الحرارة قل التوتر السطحي الخاص بالسائل .
كيفية زيادة سطح السائل :- للقيام بزيادة سطح السائل سيتوجب علينا القيام ببذل شغل على سطح السائل ، و ذلك يكون من أجل السماح لبعض الجزئيات الموجودة في داخل السائل بالتحرك من داخله نحو سطحه ، و بالطبع سيؤثر هذا الشغل المبذول على قوى الجذب التي ستقوم بسحب الجزئيات الموجودى لدى سطح السائل نحو الداخل أي قوى التوتر السطحي .
قيم التوتر السطحي :- تتفاوت في الأصل القيم الخاصة بالتوتر السطحي بين عدد من السوائل ، و ذلك يكون عند درجات حرارة معينة فمثلاً تصل قيمة التوتر السطحي للماء إلى ما قدره (20°C 72.86±0.05) بينما يتخذ قيمة التوتر السطحي الخاص بالبنزين كمثال ما قيمته (20°C 28.88)
بعض الأمثلة على ظاهرة التوتر السطحي :-
1- قدرة الحشرات على السير فوق سطح الماء بكل سهولة .
2- ما نلاحظه عند قيامنا بسكب كمية من الماء فوق سطح شمعي أو سطح مصنوع من النايلون بأن لا يتبلل ، و ذلك راجعاً إلى وجود فرق كبير بين قوى التجاذب في جزئي السائل ، و قوى الالتصاق بين السائل ، و السطح ، و بالتالي يحدث انتشار للماء فوق ذلك السطح على إثر ارتفاع قيمة التجاذب الموجودة في الأصل لأكثر من تلك الموجودة في السطح .
3- اتخاذ قطرة الماء الشكل الكروي أو شبه الكروي إذ يفسر هذا بأن السائل له قدرة على المحافظة على مستوى الطاقة الأقل على الإطلاق من خلال تضييق مساحة السطح الخارجية فكمثال الكرة ، و التي تعد هي الأقل مساحة بين الأشكال الهندسية بشكل عام ، و بالتالي فإن للسائل القدرة على الحفاظ على مستوى الطاقة الأقل درجة .
طرق القياس المستخدمة في ظاهر التوتر السطحي :-
بحكم اعتبار أن ظاهرة التوتر السطحي هي في الأساس عبارة عن ظاهرة فيزيائية إذاً فلابد أن يتم قياسها بالاعتماد على إحدى الطرق الخاصة بقياس السوائل ، و بالتالي ما يتعلق بها من ظواهر فيجرى في ذلك استعمال خاصية الأنابيب الشعرية capillary tubes ، و هذه الخاصية تعتمد بشكل رئيسي على العلاقة الرياضية (t= 1/2dgr (h+1/3r) .
حيث يشير الرمز h إلى ارتفاع السائل في قلب الأنبوبة الشعرية ، و يرمز الرمز r إلى نصف قطر الأنبوبة أما بالنسبة لرمز t فهو يرمز إلى التوتر السطحي للسائل المستخدم بينما يرمز الرمز d إلى الكثافة الخاصة بالسائل أما الرمز g فهو يرمز إلى عجلة الجاذبية الأرضية .
رد مع اقتباس
