Что такое поверхностное натяжение?

Поверхностное натяжение представляет собой явление, при котором поверхность жидкости, в которой жидкость находится в контакте с газом, действует как тонкий эластичный лист. Этот термин обычно используется только тогда, когда поверхность жидкости контактирует с газом (например, воздухом). Если поверхность находится между двумя жидкостями (например, водой и маслом), это называется «взаимным натяжением».
Причиной поверхностного натяжения являются различные межмолекулярные силы, такие как силы Ван-дер-Ваальса, которые объединяют жидкие частицы по поверхности, частицы тянутся к остальной части жидкости. Поверхностное натяжение (обозначается греческой переменной гамма — γ) определяется как отношение поверхностной силы F к длине d, вдоль которой действует сила:

   γ = F / d

Единицы измерения поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение в единицах СИ обозначается как Н/м (ньютон на метр), хотя наиболее распространенной является единица cgs: дин/см (дин на сантиметр).
С точки зрения термодинамики, иногда полезно рассматривать поверхностное натяжение с точки зрения работы на единицу площади. Единицей СИ в этом случае является Дж/м2 (джоули на квадратный метр). Единица cgs равна эрг/см2.
Эти силы связывают поверхностные частицы вместе. Хотя это связывание слабое — довольно легко в итоге сломать поверхность жидкости.

Примеры поверхностного натяжения

Капли воды. При каплепадении вода не течет в непрерывном потоке, а в массиве капель.
Форма капель обусловлена поверхностным натяжением воды. Единственная причина, по которой капля воды не является полностью сферической, заключается в том, что сила тяжести воздействует на нее. В отсутствие силы тяжести капля уменьшит площадь поверхности, чтобы свести к минимуму напряжение, что приведет к совершенно сферической форме.

Насекомые ходят по воде. Несколько насекомых могут ходить по воде, например, водомерки.
Поверхностное натяжение водыИх ноги сформированы таким образом, что бы вес распределялся по воде, в результате чего поверхность жидкости становится придавленной, минимизируя потенциальную энергию, чтобы создать баланс сил, так что водомерка может перемещаться по поверхности воды, не продавливая ее поверхность. Это то же самое, что ношение «снежных» ботинок для хождения сквозь глубокие сугробы без проваливания в них ног.

Игла (или скрепка), плавающая на воде. Несмотря на то, что плотность этих объектов больше воды, сил ее поверхностного натяжения достаточно, чтобы противодействовать силе тяжести, тянущей вниз металлический предмет.

В приведенной ниже таблице показаны значения поверхностного натяжения, полученные для разных жидкостей при различных температурах.

Таблица величин поверхностного натяжения

Жидкость, контактирующая с воздухом Температура

(градусы C)

Напряжение поверхности

(мН/м, или дин/см)

Бензол 20 28,9
Тетрахлорид углерода 20 26,8
Этанол 20 22,3
Глицерин 20 63,1
Ртуть 20 465,0
Оливковое масло 20 32,0
Мыльный раствор 20 25,0
Вода 20 75,6
40 72,8
60 66,2
100 58,9
Кислород -193 15.7
Неон -247 5,15
Гелий -269 0,12