ما هو التوتّر السطحي

&nbsp

إنّ التوتّر السطحي هو خاصيّةً فيزيائيةً تعبّر عن القوة المؤثّرة التي تعطي المرونة للطبقة السطحية للسائل، وتسمح هذه القوة المؤثّرة للحشرات بالسير على سطح السوائل المختلفة، وكذلك طفو المواد المعدنية الصغيرة كالإبر، والقصدير، كما يعد المولدّ الرئيسي للخاصيّة الشعريّة.

&nbsp

 تحدث ظاهرة التوتّر السطحي نتيجةً لتجاذب جزيئات السائل بسبب التغيّر في قوى الجزيئات الداخليّة، ففي معظم أنواع السائل يُسحب كل جزيء بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات من قِبل جزيئات السائل المجاورة له، وتكون محصلّة القوى الناتجة تساوي صفراً، أمّا عند سطح السائل فتُسحب الجزيئات من قِبل الجزيئات الأعمق في السائل، ولا تساوي شدّة هذه الجاذبية جاذبية الجزيئات المجاورة للجزيئات، حيث تكون مساوية لضغط الهواء أو ضغط سائلٍ آخر. لذلك تتعرّض الجزيئات الموجودة عند السطح لقوى داخلية من التجاذب الجزيئي، وبالتالي يغيّر السائل شكله حتى يتخذّ أقل مساحة ممكنة.

كما يمكن تفسير ظاهر التوتر السطحي بأنّ طاقة الجزيء المتصل مع الجزيء المجاور له أقل من طاقة الجزيء غير المتصل مع الجزيء الآخر المجاور له، ولأنّ جزيئات السائل الموجودة على السطح ترتبط بعدد أقل من الجزيئات المجاورة للجزيئات الداخلية، فإنّها تحتوي طاقة عالية، ويقاوم السائل حالة الطاقة العالية من خلال تقليل عدد الجزيئات الموجودة على السطح، ولذلك يقلل مساحة سطحه.

&nbsp

يُشار للتوتّر السطحي بالرموز &sigma, &gamma أو T، ويعبّر فيزيائياً عن القوة المؤثّرة عموديّاً على طول خط عمل وحدة القوى الموازية للسطح. وتُقاس قيمة التوتّر السطحي بوحدة نيوتن لكل متر. وتعبّر الديناميكا الحرارية عن التوتّر السطحي بأنّه الشغل المبذول لوحدة المساحات. و يعتمد التوتّر السطحي على عامليين، هما:

• نوع السائل:&nbspحيث إنّ هناك سوائل ذات توتّر سطحي أعلى من السوائل الأخرى.
• درجة الحرارة:&nbspفكلّما ارتفعت درجة حرارة السائل يقل التوتر السطحي المتشكّل على السطح، وينعدم التوتر السطحي نهائياً عندما ترتفع درجة حرارة السائل إلى درجة غليانه.

&nbsp

يُمكن قياس التوتّر السطحي من خلال استخدام الأنابيب الشعرية، حيث يُقاس ارتفاع السائل داخل هذه الأنابيب، ويُحدد نصف قطر الأنبوبة الشعرية من خلال العلاقة الرياضية الآتية: (T=2/dgr(h+1/3r، حيث إنّ:

• t:&nbspهو التوتّر السطحي للسائل.
• d:&nbspكثافة السائل.
• g:&nbspالجاذبية الأرضية.
• h:&nbspارتفاع السائل داخل الأنابيب الشعرية.
• r:&nbspنصف قطر الأنبوب الشعري.

&nbsp

كما أنّ هناك جداول فيزيائيّة خاصّة يوجد فيها قيم التوتّر السطحي لسوائل معينة عند تلامسها مع سطوح أخرى، مما يسهّل الحصول على قيمة التوتّر السطحي.