التوتر السطحي

اسم الموضوع :ظاهرة التوتر السطحي

ايمان الحياري ..اخر تحديث 17 ابريل 2017

الهدف العام : 

ان يلم الطالب بظاهرة التوتر السطحي.

الأهداف التعليميه:

1-ان يعرف الطالب مفهوم التوتر السطحي.
2-ان يوضح العوامل المؤثرة على التوتر السطحي
3-ان يفرق بين قوي التماسك وقوى التلاصق بين الجزيئات.
4-ان يفسر حدوث ظاهرة التوتر السطحي.
5-ان يذكر طرق قياس التوتر السطحي.
6-ان يذكر تطبيقات علي ظاهرة التوتر السطحي.

1-ان يعرف الطالب مفهوم ظاهرة التوتر السطحي:

هي ظاهرة فيزيائية تحدث إثر وجود قوة تماسك بين جزيئات المادة السائلة، حيث تعطي السوائل صفة الأغشية المتماسكة، وتحدث إثر تعرض الجزيئات الموجودة داخل السائل لقوى الشد من كل الاتجاهات، فتلغي كل منهما الأخرى، أما الجزيئات الموجودة على سطح السائل فتتأثر بالقوى الموجودة في الأسفل والجوانب، مما يجعل السطح مشدوداً للأسفل؛ فيظهر على هيئة غشاء. وبشكل أدّق فإن الجزيئات الموجودة داخل المادة السائلة المتجانسة تتأثر بما يعرف بقوى التماسك أو قوى الجذب الجزيئية، حيث تُوطد أواصر التماسك بين جزيئات هذه المادة؛ وتكون قيمة هذه القوى أقل من قيمها في الأجسام الصلبة؛ وبناءً على ذلك فإن شكل السائل يأخذ شكل الإناء الذي يوضع فيه، ويسهل عليه ذلك؛ كما تتأثر أيضاً الجزيئات في السائل بقوى التلاصق.

2-ان يوضح العوامل المؤثرة علي التوتر السطحي.

العوامل المؤثرة في التوتر السطحي

 نوع السائل: يتفاوت أثر ظاهرة التوتر السطحي من سائل إلى آخر؛ فمثلاً التوتر السطحي في سائل الزئبق تكون أكبر منها في السائل المائي، لذلك تظهر قطرات الزئبق كأنها أكثر تكوراً من الماء؛ بينما تكون قطرات الكحول أقل تكوراً من الماء. 

درجة الحرارة: تعتبر العلاقة بين ظاهرة التوتر السطحي ودرجة الحرارة علاقة عكسية؛ فكلما ارتفعت درجة الحرارة قلّ التوتر السطحي للسائل.

3-ان يفرق بين قوي التماسك والتلاصق بين الجزيئات.

اولا:قوي التماسك.

قوي التماسك :عبارة عن قوى تجاذب تظهر دوما بين جزيئات المادة الواحدة.

ثانيا:قوي التلاصق.

قوي التلاصق:هي قوي تنشأ بين دقائق مادتين متجاورتين مختلفتين.

• فـلجزيئات الماء قوة تلاصق أكبر من قوة التماسك .. وهذا مما يسهل عملية تلاصقه مع ما يلامسه من سطوح فيعظم نفعه وتكثر فائدته .

ولجزيئات الزئبق قوة تماسكٍ تفوق قوة التلاصق مما يجعله أثقل وزناً وأقل اندماجاً مع ما يلامسه من سطوح وله فوائده أيضاً.

 

4-ان يفسر حدوث ظاهرة التوتر السطحي.

* تفسير الظاهرة * ...إعداد إسلام الزبون اخر تحديث 16 أبريل 2017

حيث يحدث التوتر السطحي للسوائل نتيجةً للتجاذب الحاصل بين جزيئاته بواسطة التغيرات الحاصلة في قوى الجزيئات الداخلية، ففي غالبية السوائل تتأثر الجزيئات الموجودة داخل السائل بقوة جذب متساوية من كافة الجهات، والتي تنتج من جزيئات السائل المجاورة لها، وبذلك تكون محصلة القوى المؤثرة على كل جزيء داخل السائل تساوي صفراً. أما الجزيئات الموجودة عند سطح السائل فتتأثر بقوة سحب من الجزيئات الموجودة داخل السائل، وعليه تكون محصلة القوى المؤثرة على الجزيئات الموجودة عند سطح السائل غير متزنة، وذلك بسبب وقوع نصفها العلوي خارج السائل، وتأثرها بقوة جذب أقل من تلك التي تتأثر بها الجزيئات الموجودة داخل السائل، وكلما اقتربت الجزيئات من سطح السائل تزيد حالة انعدام الاتزان لديها، وتصل هذه الحالة إلى قيمتها القصوى عند الجزيئات الموجودة على سطح السائل، وبناءً على ذلك فإن الجزيئات لموجودة عند سطح السائل تخضع لقوى جذب عالية نحو الداخل، وتتسبب هذه القوى في تقلص سطح السائل، مما يؤدي إلى نقصان مساحته، وتعرف هذه القوى باسم قوى التوتر السطحي.

5-ان يذكر طرق قياس التوتر السطحي.

*طرق قياس التوتر السطحي بحكم اعتبار أن ظاهرة التوتر سطحي ظاهرة فيزيائية؛ فلا بد أن تُقاس بالاعتماد على إحدى الطرق الخاصة بقياس السوائل، وما يتعلق بها من ظواهر؛ فتستخدم خاصية الأنابيب الشعرية capillary tubes، حيث تعتمد على العلاقة الرياضية (t= 1/2dgr (h+1/3r))، حيث يشير h إلى ارتفاع السائل في قلب الأنبوبة الشعرية؛ ويرمز r إلى نصف قطر الأنبوبة؛ أما t فهي التوتر السطحي للسائل المستخدم؛ بينما يرمز d إلى كثافة السائل، أما g فهي عجلة الجاذبية الأرضية.

6-ان يذكر تطبيقات علي ظاهرة التوتر السطحي.

* تطبيقات على ظاهرة التوتر السطحي

• قدرة الحشرات على السير فوق سطح الماء. 
• اتخاذ قطرة الماء للشكل الكروي أو شبه الكروي؛ ويفسر ذلك بأن للسائل قدرة على المحافظة على مستوى الطاقة الأقل على الإطلاق من خلال تضييق مساحة السطح الخارجية، فمثلاً الكرة هي الأقل مساحة بين الأشكال الهندسية، وبالتالي فإن للسائل القدرة على الحفاظ على مستوى الطاقة الأقل. 
• نُلاحظ عند سكب كمية من الماء فوق سطح شمعي أو سطح مصنوع من النايلون بأنه لا يتبللّ؛ نظراً لوجود فرق كبير بين قوى التجاذب في جزيء السائل وقوى الالتصاق بين السائل والسطح، وبالتالي ينتشر الماء فوق السطح إثر ارتفاع قيمة قوى التجاذب الموجودة بين الماء لأكثر من تلك الموجودة في السطح.