La lezione è del Prof. G. Roberti
Un ago d'acciaio è in equilibrio sulla superficie dell'acqua (da Fun science)
Se un capillare aperto ad entrambe le estremità è immerso in acqua, il liquido sale nel capillare formando all'interno di esso un menisco concavo (Fun science).
Usando acqua saponata si riescono ad ottenere lamine e bolle che si mantengono in equilibrio (Fun science)
Ipotesi:
1) Interazione tra due molecole neutre a simmetria sferica
2) Una delle molecole si trova nell’origine del sistema di riferimento (r = 0)
3) r = distanza tra le due molecole
F(r) = modulo della forza d’interazione intermolecolare (forza di Van der Waals) (vedi Fig. 1)
U(r) = energia d’interazione.
r0 = diametro molecolare ~ 10-10 m (vedi Fig. 2)
ra = raggio d’azione delle forze d’interazione = distanza oltre la quale l’interazione tra molecole è praticamente nulla ~ 10-8 m
Ogni molecola all’interno di un liquido interagisce con quelle che la circondano, purchè queste si trovino ad una distanza minore od uguale ad ra, cioè siano interne ad una sfera di raggio ra con centro nella posizione della molecola (sfera d’azione) (Fig. 1).
Se la sfera d’azione è tutta contenuta nel liquido, allora la molecola che sta al centro è sottoposta ad un sistema di forze a risultante nulla. Per esempio, le molecole A e B in Fig. 2 sono sottoposte ad una risultante nulla.
Tutte le molecole che si trovano ad una distanza dalla superficie libera del liquido h < ra sono sottoposte ad un sistema di forze non equilibrato, la cui risultante è diretta verso l’interno del liquido, come, per esempio, le molecole C e D in Fig. 2.
Tale risultante cresce all’avvicinarsi alla superficie libera del liquido e tende a riportare le molecole nel liquido.
La risultante delle forze intermolecolari comprime lo strato superficiale di liquido che tende a comportarsi quasi come una membrana elastica.
Per portare una molecola dall’interno del liquido in superficie bisogna compiere lavoro. Il lavoro compiuto si trasforma in energia potenziale superficiale del liquido.
Ad ogni liquido è associata un’energia potenziale superficiale, U, proporzionale alla superficie, S del liquido: U = k S.
Poiché
Equilibrio stabile ====> Energia potenziale minima
Per un certo volume V di liquido
Energia potenziale minima ====>Superficie minima
Un volume di liquido non sottoposto a vincoli tende ad assumere la forma sferica, perché la sfera è il solido che, a parità di volume, ha la superficie minore.
Due gocce di liquido vicine tendono a fondersi un’unica goccia che totalizza una superficie minore di quella delle due gocce separate.
Per portare una molecola dall’interno del liquido in superficie bisogna compiere lavoro.
Per aumentare la superficie di un liquido bisogna portare molecole dall’interno alla superficie del liquido e quindi bisogna compiere lavoro.
Tensione superficiale = τ = ΔL /ΔS
ΔL = Lavoro per aumentare la superficie di un liquido di ΔS
Unità di misura di τ =====> J / m2 = N m / m2 = N / m
Da quanto detto finora, poiché la tensione superficiale nasce dallo squilibrio, all’interno della sfera d’azione, delle forze di Van der Waals dovute a molecole della sua stessa specie e forze di Van der Waals (meno intense) dovute a molecole della specie atomica che si trova al di là della superficie di separazione dei due fluidi, risulta che la tensione superficiale dipende dalle due sostanze a contatto.
Quando non è espressamente indicata, si intende che la seconda sostanza è l’aria.
2. Termologia e Termodinamica - I
3. Termologia e Termodinamica - II
4. Termologia e Termodinamica - III
5. Termologia e Termodinamica - IV
8. Acustica
9. Ottica geometrica - I parte
10. Ottica geometrica - II parte
11. L'occhio umano
12. Tensione superficiale - I parte
13. Tensione superficiale - II parte
15. Emodinamica
16. Elettrostatica
18. Elettrodinamica - II parte
19. Modello atomico
20. Radiazioni elettromagnetiche
21. Radioattività