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FENOMENI DI SUPERFICIE

fisica



FENOMENI DI SUPERFICIE


La coesione dei liquidi è il risultato della attrazione tra le molecole. A causa di queste attrazioni i liquidi hanno superfici ben definite che, come membrane tese o fogli di gomma, tendono ad assumere conformazioni di area minima. Oltre alle forze di attrazione reciproca, le molecole di un liquido sono soggette ad interazioni attrattive o repulsive con le molecole di altre sostanze. Le proprietà di coesio 848f57i ne dei liquidi possono essere modificate dall'aggiunta di piccole quantità di altre sostanze.

La tensione superficiale t è una proprietà di qualsiasi liquido che si manifesta nella tendenza, se non sottoposto a forze esterne, ad assumere la più piccola superficie possibile, ed è definita come la forza per unità di lunghezza agente su una qualsiasi linea tracciata su una superficie e che si oppone alla separazione in due della superficie lungo tale linea. La tensione superficiale può anche essere considerata come l'energia potenziale, per unità di superficie, di formazione della superficie. Se immergiamo i un liquido un telaio costituito da un filo metallico a forma di U, un cursore di peso w , e un peso sospeso w , una sottile lamina di liquido riempie l'area racchiusa tra i fili. Se si sceglie in modo adatto il peso totale w=w +w ,, le due superfici della lamina esercitano una forza F uguale e contraria al peso e il cursore rimane fermo; così la forza F dovuta alla tensione superficiale è uguale di intensità a w. Dato che la tensione superficiale è la forza per unità di grandezza esercitata dalla superficie, se il cursore ha una lunghezza l, la forza verso l'alto dovuta alle due superfici è F=2tl, quindi t=F/2l. se la lamina viene allungata, le molecole all'interno del fluido si muovono verso la superficie, e l'area della superficie viene aumentata; dal momento che la forza rimane la stessa al variare dello spessore del liquido, la forza deve essere attribuita alla superficie della lamina.



La superficie di un liquido a contatto con una superficie solida forma un certo angolo acon la superficie solida determinato dalla competizione tra le tensioni superficiali dei materiali, da quanto è liscia e pulita la superficie solida e da quanto è puro il liquido. Con a<90°, il liquido si abbasserà, con a>90° il liquido si abbasserà, con a=90°, il liquido non si abbasserà né si alzerà; questo è il fenomeno della capillarità, determinando l'altezza di una colonna liquida. Con a<90°, la forza risultante verticale Fv, diretta vero l'alto è la componente verticale della tensione superficiale moltiplicata per la lunghezza l della superficie del liquido a contatto con il tubo, e dato che l è uguale alla circonferenza : Fv=2prt cosa Il volume della colonna del liquido fino al menisco è V=pr h, e il suo peso è w=rgV=grpr h. Il liquido si innalza fino a che Fv=w, ossia h=(2tcosa rgr)

Tensioattivi sono tutte le sostanze che hanno la proprietà di modificare la tensione superficiale di un sistema. Tale proprietà è conferita a queste sostanze dalla presenza, nelle loro molecole, di regioni o gruppi idrofili insieme a regioni idrofobe. Un esempio classico di tensioattivi è costituito dai saponi.



La relazione tra la differenza di pressione attraverso una membrana elastica o una lamina di liquido chiusa e la tensione nella membrana o nella lamina, è stabilita dalla legge di Laplace.


La pressione, al di fuori della parete della membrana sferica riempita di fluido alla pressione Pi, è Po e la parete può esercitare una forza per unità di lunghezza, ovvero una tensione di parete t. Sulla emisfera la forza totale verso sinistra dovuta alla tensione di parete è il prodotto di t e della circonferenza 2pr della semisfera , cioè 2prt. Le forze dovute alla pressione sono perpendicolari alla superficie in ogni punto. Tutte le componenti di queste forze si bilanciano tra loro, tranne quelle dirette verso destra che si sommano dando luogo ad una forza risultante pari al prodotto della differenza di pressione per l'area di proiezione della semisfera, e dato che le due forze devono bilanciarsi per l'equilibrio, avremo che 2prt=(P1-Po)pr , ovvero P1-Po=2t/r, che è la legge di Laplace per una membrana sferica. Per un tubo cilindrico di raggio r, la legge di Laplace è P1-Po=t/r; in fisiologia la pressione P1-Po tra la parete interna e quella esterna di un vaso sanguigno è chiamata pressione transmurale, sostanzialmente diversa dalla pressione che mantiene in moto il fluido nel vaso.







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