Fórsa a fheidhmíonn feadh líne ar an dromchla leachtach

Tomhaistear é i niútan in aghaidh an mhéadair (N/m) nó i ndín in aghaidh an cheintiméadair (dyn/cm). Má shamhlaíonn tú fráma le taobh inghluaiste i dteagmháil le scannán leachtach, is é an teannas dromchla an fórsa a tharraingíonn ar an taobh sin roinnte ar a fhad. Sin í an sainmhíniú meicniúil.

Foirmle: γ = F/L áit a bhfuil F = fórsa, L = fad an chiumhais

Sampla: Uisce @ 20°C = 72.8 mN/m ciallaíonn sé 0.0728 N d'fhórsa in aghaidh an mhéadair de chiumhais

An fuinneamh is gá chun achar dromchla nua a chruthú

Tomhaistear é i ngiúl in aghaidh an mhéadair chearnaigh (J/m²) nó in eirg in aghaidh an cheintiméadair chearnaigh (erg/cm²). Is gá obair a dhéanamh i gcoinne fórsaí idirmhóilíneacha chun achar dromchla nua a chruthú. Tá sé comhionann ó thaobh uimhreach de leis an teannas dromchla ach léiríonn sé an pheirspictíocht fuinnimh seachas an pheirspictíocht fórsa.

Foirmle: γ = E/A áit a bhfuil E = fuinneamh, A = méadú ar an achar dromchla

Sampla: Uisce @ 20°C = 72.8 mJ/m² = 72.8 mN/m (an uimhir chéanna, léirmhíniú déach)

Cinneann fórsaí idirmhóilíneacha iompar an dromchla

Comhtháthú: aomadh idir móilíní cosúla (leacht-leacht). Aontú: aomadh idir móilíní neamhchosúla (leacht-solad). Comhtháthú ard → teannas dromchla ard → braoiníní ag coirniú. Aontú ard → leacht ag leathadh (fliuchadh). Cinneann an chothromaíocht an uillinn tadhaill agus an gníomh ribeach.

Uillinn tadhaill θ: cos θ = (γ_SV - γ_SL) / γ_LV (cothromóid Young)

Sampla: Tá θ íseal ag uisce ar ghloine (aontú > comhtháthú) → leathann sé. Tá θ ard ag mearcair ar ghloine (comhtháthú >> aontú) → coirníonn sé.

Na chéad turgnaimh chainníochtúla ar theannas dromchla

Rinne an fisiceoir Gearmánach Segner staidéar ar shnáthaidí ar snámh agus thug sé faoi deara go n-iompraíonn dromchlaí uisce cosúil le seicní sínte. Ríomh sé fórsaí ach ní raibh teoiric mhóilíneach aige chun an feiniméan a mhíniú.

Cothromóid Young don uillinn tadhaill

D'fhorbair an ileolaí Briotanach Young an gaol idir an teannas dromchla, an uillinn tadhaill, agus an fliuchadh: cos θ = (γ_SV - γ_SL)/γ_LV. Úsáidtear an chothromóid bhunúsach seo fós sa lá atá inniu ann san eolaíocht ábhar agus sa mhicrishreabhánacht.

Cothromóid Young-Laplace don bhrú

D'fhorbair Laplace ΔP = γ(1/R₁ + 1/R₂), ag taispeáint go bhfuil difríochtaí brú ag comhéadain chuartha. Míníonn sé cén fáth a bhfuil brú inmheánach níos airde ag boilgeoga beaga ná ag boilgeoga móra – rud atá ríthábhachtach chun fiseolaíocht na scamhóg agus cobhsaíocht eibleachtaí a thuiscint.

Teoiric mhóilíneach an teannais dromchla

Mhínigh an fisiceoir Ollannach van der Waals an teannas dromchla ag úsáid fórsaí idirmhóilíneacha. Ghnóthaigh a chuid oibre ar aomadh móilíneach Duais Nobel 1910 dó agus leag sé an bhunchloch chun an ribeachas, an t-aontú agus an pointe criticiúil a thuiscint.

Aonchiseal agus ceimic dromchla

Rinne Langmuir staidéar ar scannáin mhóilíneacha ar dhromchlaí uisce, ag cruthú réimse na ceimice dromchla. Ghnóthaigh a chuid oibre ar dhromchlaghníomhaithe, asú agus treoshuíomh móilíneach Duais Nobel 1932 dó. Tá scannáin Langmuir-Blodgett ainmnithe ina dhiaidh.

Cinneann an teannas dromchla an fliuchadh, an leathadh agus an t-aontú:

• Foirmliú péinte: Coigeartaigh γ go 25-35 mN/m le haghaidh an leathadh is fearr ar fhoshraitheanna
• Priontáil scaird-dúigh: Caithfidh γ < foshraith a bheith ag an dúch le haghaidh fliuchadh (25-40 mN/m de ghnáth)
• Cóireáil corónach: Méadaíonn sé fuinneamh dromchla an pholaiméir ó 30 → 50+ mN/m le haghaidh aontú
• Bratuithe púdair: Cuidíonn teannas dromchla íseal le leibhéalú agus le forbairt snasta
• Bratuithe frith-ghraifítí: Coscann γ íseal (15-20 mN/m) aontú péinte
• Rialú cáilíochta: Teannasmhéadar fáinne du Noüy le haghaidh comhsheasmhachta ó bhaisc go baisc

Oibríonn glantaigh trí theannas dromchla a laghdú:

• Uisce glan: γ = 72.8 mN/m (ní théann sé isteach go maith i bhfabraicí)
• Uisce + gallúnach: γ = 25-30 mN/m (téann sé isteach, fliuchann sé, baineann sé ola)
• Tiúchan Criticiúil Miceall (CMC): Titeann γ go géar go dtí an CMC, ansin plánaíonn sé
• Gníomhairí fliuchta: Laghdaíonn glantóirí tionsclaíocha γ go <30 mN/m
• Leacht níocháin soithí: Foirmlithe go γ ≈ 27-30 mN/m le haghaidh baint ramhair
• Spraeirí lotnaidicídí: Cuir dromchlaghníomhaithe leis chun γ a laghdú le haghaidh clúdach duille níos fearr

Bíonn tionchar ag an teannas idir-aghaidh idir ola agus uisce ar an eastóscadh:

• Teannas idir-aghaidh ola-uisce: 20-50 mN/m de ghnáth
• Aisghabháil feabhsaithe ola (EOR): Instealladh dromchlaghníomhaithe chun γ a laghdú go <0.01 mN/m
• γ íseal → eiblíonn braoiníní ola → sreabhann siad trí charraig scagach → aisghabháil mhéadaithe
• Saintréithriú amhola: Bíonn tionchar ag an gcion aramatach ar an teannas dromchla
• Sreabhadh píblíne: Laghdaíonn γ níos ísle cobhsaíocht eibleachta, cuidíonn sé le scaradh
• Tomhaiseann modh an braoinín crochta γ ag teocht/brú an taiscumar

Tá an teannas dromchla ríthábhachtach do phróisis na beatha:

• Dromchlaghníomhaí scamhógach: Laghdaíonn sé γ ailbheolach ó 70 go 25 mN/m, ag cosc ar chliseadh
• Naíonáin roimh am: Siondróm anacair riospráide mar gheall ar dhromchlaghníomhaí neamhleor
• Seicní cille: Tá γ déchiseal lipid ≈ 0.1-2 mN/m (an-íseal le haghaidh solúbthachta)
• Plasma fola: Tá γ ≈ 50-60 mN/m, méadaithe i ngalair (diaibéiteas, atherosclerosis)
• Scannán deor: Struchtúr ilchisealach le ciseal lipid a laghdaíonn an galú
• Análú feithidí: Braitheann an córas traicéach ar theannas dromchla chun iontráil uisce a chosc

Baineann coscéimí uisce (Gerridae) leas as teannas dromchla ard an uisce (72.8 mN/m) chun 15 huaire a meáchan coirp a iompar. Tá a gcosa clúdaithe le ribí céireacha atá sár-hidreafóbach (uillinn tadhaill >150°). Cruthaíonn gach cos cuasán i ndromchla an uisce, agus soláthraíonn an teannas dromchla an fórsa aníos. Má chuireann tú gallúnach leis (ag laghdú γ go 30 mN/m), téann siad go tóin poill láithreach!

Feidhmíonn an teannas dromchla chun an t-achar dromchla a íoslaghdú le haghaidh toirte áirithe. Tá an t-achar dromchla íosta ag an sféar le haghaidh aon toirte (éagothroime iseapériméadrach). Léiríonn bolgáin gallúnaí é seo go hálainn: brúnn an t-aer laistigh amach, tarraingíonn an teannas dromchla isteach, agus cruthaíonn an chothromaíocht sféar foirfe. Tá fuinneamh níos airde ag bolgáin neamh-sféarúla (cosúil le cinn chiúbacha i bhfrámaí sreinge) agus tá siad éagobhsaí.

Tá dromchlaghníomhaí scamhógach (fosfailipidí + próitéiní) i scamhóga naíonán nuabheirthe a laghdaíonn an teannas dromchla ailbheolach ó 70 go 25 mN/m. Gan é, titeann na hailbheolaigh le linn easanálaithe (atelectasis). Níl go leor dromchlaghníomhaí ag naíonáin roimh am, rud a chruthaíonn Siondróm Anacair Riospráide (RDS). Roimh theiripe le dromchlaghníomhaí sintéiseach (na 1990idí), ba é RDS an phríomhchúis le bás naíonán. Anois, tá na rátaí marthanais os cionn 95%.

Doirt fíon i ngloine agus féach: cruthaíonn braoiníní ar na taobhanna, dreapann siad suas, agus titeann siad síos arís—'deora fíona'. Is í seo iarmhairt Marangoni: galúíonn an t-alcól níos tapúla ná an t-uisce, ag cruthú grádáin teannais dromchla (athraíonn γ go spásúil). Sreabhann an leacht ó réigiúin γ íseal go réigiúin γ ard, ag tarraingt an fhíona suas. Nuair a éiríonn na braoiníní sách trom, bíonn an bua ag an domhantarraingt agus titeann siad. Tá sreafaí Marangoni ríthábhachtach i dtáthú, i mbratú agus i bhfás criostail.

Tá móilíní gallúnaí amfaifileach: eireaball hidreafóbach (fuath aige ar uisce) + ceann hidrifileach (grá aige ar uisce). I dtuaslagán, gobadh na heireabaill amach as dromchla an uisce, ag cur isteach ar an nascadh hidrigine agus ag laghdú γ ó 72 go 25-30 mN/m. Ag an Tiúchan Criticiúil Miceall (CMC), cruthaíonn móilíní miceallaí sféarúla leis na heireabaill laistigh (ag gabháil ola) agus na cinn lasmuigh. Sin an fáth a mbaineann gallúnach ramhar: tuaslagtar an ola laistigh de mhiceallaí agus nitear í.

Buail criostail chamfair ar uisce agus zúmálann sé timpeall an dromchla cosúil le bád beag. Tuaslagann an camfar go neamhshiméadrach, ag cruthú grádán teannais dromchla (γ níos airde taobh thiar de, níos ísle chun tosaigh). Tarraingíonn an dromchla an criostail i dtreo réigiúin γ ard—mótar teannais dromchla! Léirigh an fisiceoir C.V. Boys é seo i 1890. Úsáideann poitigéirí nua-aimseartha tiomáint Marangoni den chineál céanna le haghaidh micrearóbónna agus feithiclí seachadta drugaí.

Is gaol bunúsach teirmidinimiciúil é seo, ní comhtharlú. Ó thaobh toisí de: [N/m] = (kg·m/s²)/m = kg/s² agus [J/m²] = (kg·m²/s²)/m² = kg/s². Tá na buntoisí céanna acu! Go fisiciúil: teastaíonn obair = fórsa × fad = (γ N/m) × (1 m) × (1 m) = γ J chun 1 m² de dhromchla nua a chruthú. Mar sin tá γ arna thomhas mar fhórsa/fad comhionann le γ arna thomhas mar fhuinneamh/achar. Uisce @ 20°C: 72.8 mN/m = 72.8 mJ/m² (an uimhir chéanna, léirmhíniú déach).

Comhtháthú: aomadh idir móilíní cosúla (uisce-uisce). Aontú: aomadh idir móilíní neamhchosúla (uisce-gloine). Comhtháthú ard → teannas dromchla ard → coirníonn braoiníní (mearcair ar ghloine). Aontú ard i gcomparáid le comhtháthú → leathann an leacht (uisce ar ghloine ghlan). Cinneann an chothromaíocht an uillinn tadhaill θ trí chothromóid Young: cos θ = (γ_SV - γ_SL)/γ_LV. Tarlaíonn fliuchadh nuair atá θ < 90°; coirniú nuair atá θ > 90°. Tá θ > 150° ag dromchlaí sár-hidreafóbacha (duilleog lótais).

Tá móilíní gallúnaí amfaifileach: eireaball hidreafóbach + ceann hidrifileach. Ag an gcomhéadan uisce-aer, díríonn na heireabaill amach (ag seachaint an uisce), agus díríonn na cinn isteach (á n-aomadh ag an uisce). Cuireann sé seo isteach ar an nascadh hidrigine idir móilíní uisce ar an dromchla, ag laghdú an teannais dromchla ó 72.8 go 25-30 mN/m. Ligeann γ níos ísle d'uisce fabraicí a fhliuchadh agus dul isteach i ramhar. Ag an Tiúchan Criticiúil Miceall (CMC, 0.1-1% de ghnáth), cruthaíonn móilíní miceallaí a thuaslagann ola.

Tugann teocht níos airde níos mó fuinnimh chinéitigh do mhóilíní, ag lagú na n-aomthaí idirmhóilíneacha (naisc hidrigine, fórsaí van der Waals). Tá glantarraingt isteach níos lú ag móilíní dromchla → teannas dromchla níos ísle. Maidir le huisce: laghdaíonn γ thart ar 0.15 mN/m in aghaidh an °C. Ag an teocht chriticiúil (374°C d'uisce, 647 K), imíonn an t-idirdhealú idir leacht agus gás agus téann γ → 0. Déanann riail Eötvös é seo a chainníochtú: γ·V^(2/3) = k(T_c - T) áit a bhfuil V = an toirt mhólarach, T_c = an teocht chriticiúil.

Ceithre phríomh-mhodh: (1) Fáinne du Noüy: Tarraingítear fáinne platanam ón dromchla, tomhaistear an fórsa (an ceann is coitianta, ±0.1 mN/m). (2) Pláta Wilhelmy: Crochtar pláta tanaí ag baint leis an dromchla, tomhaistear an fórsa go leanúnach (an cruinneas is airde, ±0.01 mN/m). (3) Braoinín crochta: Déantar anailís optúil ar chruth an braoinín ag úsáid cothromóid Young-Laplace (oibríonn sé ag T/P ard). (4) Ardú ribeach: Tógann an leacht i bhfeadán caol, tomhaistear an airde: γ = ρghr/(2cosθ) áit a bhfuil ρ = dlús, h = airde, r = ga, θ = uillinn tadhaill.

Déanann ΔP = γ(1/R₁ + 1/R₂) cur síos ar an difríocht brú thar chomhéadan cuartha. Is iad R₁ agus R₂ na príomh-gha cuaire. Le haghaidh sféir (bolgán, braoinín): ΔP = 2γ/R. Tá brú inmheánach níos airde ag boilgeoga beaga ná ag cinn mhóra. Sampla: Tá ΔP = 2×0.0728/0.0005 = 291 Pa (0.003 atm) ag braoinín uisce 1 mm. Míníonn sé seo cén fáth a gcrapann boilgeoga beaga i gcúr (idirleathann an gás ó bheag go mór) agus cén fáth a bhfuil dromchlaghníomhaí ag teastáil ó na hailbheolaigh scamhógacha (laghdaíonn sé γ ionas nach dtiteann siad).

Mearcair: Comhtháthú láidir (naisc mhiotalacha, γ = 486 mN/m) >> aontú lag le gloine → uillinn tadhaill θ ≈ 140° → coirníonn sé. Uisce: Comhtháthú measartha (naisc hidrigine, γ = 72.8 mN/m) < aontú láidir le gloine (naisc hidrigine le grúpaí -OH dromchla) → θ ≈ 0-20° → leathann sé. Cothromóid Young: cos θ = (γ_soladach-gal - γ_soladach-leacht)/γ_leacht-gal. Nuair atá aontú > comhtháthú, tá cos θ > 0, mar sin tá θ < 90° (fliuchadh).

Ní féidir. Bíonn an teannas dromchla dearfach i gcónaí – léiríonn sé an costas fuinnimh chun achar dromchla nua a chruthú. Chiallódh γ diúltach go leathnódh dromchlaí go spontáineach, ag sárú na teirmidinimice (méadaíonn an eantrópacht, ach tá an bulc-chéim níos cobhsaí). Mar sin féin, is féidir leis an teannas idir-aghaidh idir dhá leacht a bheith an-íseal (gar do nialas): in aisghabháil feabhsaithe ola, laghdaíonn dromchlaghníomhaithe γ ola-uisce go <0.01 mN/m, rud a chruthaíonn eibliú spontáineach. Ag an bpointe criticiúil, is é γ = 0 go díreach (imíonn an t-idirdhealú idir leacht agus gás).