பரப்பு இழுவிசை மாற்றி
மூலக்கூறு விசைகளிலிருந்து தொழில்துறை பயன்பாடுகள் வரை: மேற்பரப்பு இழுவிசையில் தேர்ச்சி பெறுதல்
மேற்பரப்பு இழுவிசை என்பது கண்ணுக்குத் தெரியாத ஒரு விசை. இது நீர் சிலந்திகளை தண்ணீரில் நடக்க அனுமதிக்கிறது, நீர்த்துளிகளை கோளங்களாக உருவாக்குகிறது, மேலும் சோப்பு குமிழ்களை சாத்தியமாக்குகிறது. திரவங்களின் இந்த அடிப்படைப் பண்பு, திரவத்திற்கும் காற்றுக்கும் இடையிலான இடைமுகப்பில் உள்ள மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஒத்திசைவான விசைகளிலிருந்து எழுகிறது. சவர்க்காரங்களை வடிவமைப்பதில் இருந்து செல் சவ்வுகளைப் புரிந்துகொள்வது வரை வேதியியல், பொருள் அறிவியல், உயிரியல் மற்றும் பொறியியல் ஆகியவற்றிற்கு மேற்பரப்பு இழுவிசையைப் புரிந்துகொள்வது அவசியம். இந்த விரிவான வழிகாட்டி இயற்பியல், அளவீட்டு அலகுகள், தொழில்துறை பயன்பாடுகள் மற்றும் மேற்பரப்பு இழுவிசை (N/m) மற்றும் மேற்பரப்பு ஆற்றல் (J/m²) ஆகியவற்றின் வெப்ப இயக்கவியல் சமத்துவத்தை உள்ளடக்கியது.
அடிப்படை கருத்துக்கள்: திரவ மேற்பரப்புகளின் அறிவியல்
ஒரு நீளத்திற்கான விசையாக மேற்பரப்பு இழுவிசை
திரவ மேற்பரப்பில் ஒரு கோடு வழியாக செயல்படும் விசை
நியூட்டன்கள் પ્રતિ மீட்டரில் (N/m) அல்லது டைன்கள் પ્રતિ சென்டிமீட்டரில் (dyn/cm) அளவிடப்படுகிறது. ஒரு திரவப் படலத்துடன் தொடர்பில் ஒரு நகரக்கூடிய பக்கத்துடன் ஒரு சட்டகத்தை நீங்கள் கற்பனை செய்தால், மேற்பரப்பு இழுவிசை என்பது அந்தப் பக்கத்தில் இழுக்கும் விசையை அதன் நீளத்தால் வகுப்பதாகும். இது இயந்திர வரையறை.
சூத்திரம்: γ = F/L இதில் F = விசை, L = விளிம்பின் நீளம்
உதாரணம்: நீர் @ 20°C = 72.8 mN/m என்பது ஒரு மீட்டர் விளிம்பிற்கு 0.0728 N விசை என்று பொருள்
மேற்பரப்பு ஆற்றல் (வெப்ப இயக்கவியல் சமமானது)
புதிய மேற்பரப்பை உருவாக்கத் தேவைப்படும் ஆற்றல்
ஜூல்கள் પ્રતિ சதுர மீட்டரில் (J/m²) அல்லது எர்க்குகள் પ્રતિ சதுர சென்டிமீட்டரில் (erg/cm²) அளவிடப்படுகிறது. புதிய மேற்பரப்பை உருவாக்குவதற்கு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான விசைகளுக்கு எதிராக வேலை செய்ய வேண்டும். எண்முறையில் மேற்பரப்பு இழுவிசைக்கு சமமானது ஆனால் விசை கண்ணோட்டத்தை விட ஆற்றல் கண்ணோட்டத்தை பிரதிபலிக்கிறது.
சூத்திரம்: γ = E/A இதில் E = ஆற்றல், A = மேற்பரப்பு அதிகரிப்பு
உதாரணம்: நீர் @ 20°C = 72.8 mJ/m² = 72.8 mN/m (அதே எண், இரட்டை விளக்கம்)
ஒத்திசைவு மற்றும் ஒட்டுதல்
மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான விசைகள் மேற்பரப்பு நடத்தையை தீர்மானிக்கின்றன
ஒத்திசைவு: ஒத்த மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஈர்ப்பு (திரவம்-திரவம்). ஒட்டுதல்: ஒத்த மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஈர்ப்பு (திரவம்-திடப்பொருள்). அதிக ஒத்திசைவு → அதிக மேற்பரப்பு இழுவிசை → துளிகள் குவிகின்றன. அதிக ஒட்டுதல் → திரவம் பரவுகிறது (ஈரமாக்குதல்). இந்த சமநிலை தொடர்பு கோணம் மற்றும் நுண்புழை செயல்பாட்டை தீர்மானிக்கிறது.
தொடர்பு கோணம் θ: cos θ = (γ_SV - γ_SL) / γ_LV (யங்கின் சமன்பாடு)
உதாரணம்: கண்ணாடியில் உள்ள நீர் குறைந்த θ கொண்டுள்ளது (ஒட்டுதல் > ஒத்திசைவு) → பரவுகிறது. கண்ணாடியில் உள்ள பாதரசம் அதிக θ கொண்டுள்ளது (ஒத்திசைவு >> ஒட்டுதல்) → குவிகிறது.
- மேற்பரப்பு இழுவிசை (N/m) மற்றும் மேற்பரப்பு ஆற்றல் (J/m²) ஆகியவை எண்முறையில் சமமானவை ஆனால் கருத்தியல் ரீதியாக வேறுபட்டவை
- மேற்பரப்பில் உள்ள மூலக்கூறுகள் சமநிலையற்ற விசைகளைக் கொண்டுள்ளன, இது நிகர உள்நோக்கிய இழுப்பை உருவாக்குகிறது
- மேற்பரப்புகள் இயற்கையாகவே பரப்பளவைக் குறைக்கின்றன (அதனால் தான் துளிகள் கோள வடிவில் உள்ளன)
- வெப்பநிலை அதிகரிப்பு → மேற்பரப்பு இழுவிசை குறைதல் (மூலக்கூறுகளுக்கு அதிக இயக்க ஆற்றல் உள்ளது)
- சர்பாக்டன்ட்கள் (சோப்பு, சவர்க்காரங்கள்) மேற்பரப்பு இழுவிசையை வியத்தகு முறையில் குறைக்கின்றன
- அளவீடு: du Noüy வளையம், வில்ஹெல்மி தட்டு, தொங்கும் துளி, அல்லது நுண்புழை ஏற்ற முறைகள்
வரலாற்று வளர்ச்சி & கண்டுபிடிப்பு
மேற்பரப்பு இழுவிசை பற்றிய ஆய்வு பல நூற்றாண்டுகளாக நீடிக்கிறது, பண்டைய அவதானிப்புகளில் இருந்து நவீன நானோ அறிவியல் வரை:
1751 – Johann Segner
மேற்பரப்பு இழுவிசை மீதான முதல் அளவு சோதனைகள்
ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் Segner மிதக்கும் ஊசிகளை ஆய்வு செய்து, நீர் மேற்பரப்புகள் நீட்டப்பட்ட சவ்வுகள் போல செயல்படுவதைக் கவனித்தார். அவர் விசைகளைக் கணக்கிட்டார் ஆனால் இந்த நிகழ்வை விளக்க மூலக்கூறு கோட்பாடு இல்லை.
1805 – Thomas Young
தொடர்பு கோணத்திற்கான யங்கின் சமன்பாடு
பிரிட்டிஷ் பல்துறை அறிஞர் Young, மேற்பரப்பு இழுவிசை, தொடர்பு கோணம் மற்றும் ஈரமாக்குதல் ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான உறவைப் பெற்றார்: cos θ = (γ_SV - γ_SL)/γ_LV. இந்த அடிப்படை சமன்பாடு இன்றும் பொருள் அறிவியல் மற்றும் மைக்ரோஃப்ளூய்டிக்ஸில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
1805 – Pierre-Simon Laplace
அழுத்தத்திற்கான யங்-லாப்லாஸ் சமன்பாடு
Laplace ΔP = γ(1/R₁ + 1/R₂) ஐப் பெற்றார், இது வளைந்த இடைமுகப்புகள் அழுத்த வேறுபாடுகளைக் கொண்டிருப்பதைக் காட்டுகிறது. சிறிய குமிழ்கள் ஏன் பெரியவற்றை விட அதிக உள் அழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளன என்பதை விளக்குகிறது—நுரையீரல் உடலியல் மற்றும் குழம்பு நிலைத்தன்மையைப் புரிந்துகொள்வதற்கு இது முக்கியமானது.
1873 – Johannes van der Waals
மேற்பரப்பு இழுவிசையின் மூலக்கூறு கோட்பாடு
டச்சு இயற்பியலாளர் van der Waals மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான விசைகளைப் பயன்படுத்தி மேற்பரப்பு இழுவிசையை விளக்கினார். மூலக்கூறு ஈர்ப்பு மீதான அவரது பணி 1910 நோபல் பரிசைப் பெற்றது மற்றும் நுண்புழை, ஒட்டுதல் மற்றும் நெருக்கடியான புள்ளி ஆகியவற்றைப் புரிந்துகொள்வதற்கான அடித்தளத்தை அமைத்தது.
1919 – Irving Langmuir
மோனோலேயர்கள் மற்றும் மேற்பரப்பு வேதியியல்
Langmuir நீர் மேற்பரப்புகளில் மூலக்கூறு படங்களைப் படித்து, மேற்பரப்பு வேதியியல் துறையை உருவாக்கினார். சர்பாக்டன்ட்கள், உறிஞ்சுதல் மற்றும் மூலக்கூறு நோக்குநிலை மீதான அவரது பணி 1932 நோபல் பரிசைப் பெற்றது. Langmuir-Blodgett படங்கள் அவரது பெயரால் அழைக்கப்படுகின்றன.
மேற்பரப்பு இழுவிசை மாற்றங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன
மேற்பரப்பு இழுவிசை மாற்றங்கள் நேரடியானவை, ஏனெனில் அனைத்து அலகுகளும் ஒரு நீளத்திற்கான விசையை அளவிடுகின்றன. முக்கிய கோட்பாடு: N/m மற்றும் J/m² ஆகியவை பரிமாண ரீதியாக ஒரே மாதிரியானவை (இரண்டும் kg/s² க்கு சமம்).
- உங்கள் மூல அலகு வகையை அடையாளம் காணவும்: SI (N/m), CGS (dyn/cm), அல்லது இம்பீரியல் (lbf/in)
- மாற்றுக் காரணியைப் பயன்படுத்துங்கள்: SI ↔ CGS எளிமையானது (1 dyn/cm = 1 mN/m)
- ஆற்றல் அலகுகளுக்கு: 1 N/m = 1 J/m² என்பதை நினைவில் கொள்ளுங்கள் (அதே பரிமாணங்கள்)
- வெப்பநிலை முக்கியம்: நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசை ஒரு °C க்கு ~0.15 mN/m குறைகிறது
விரைவான மாற்று எடுத்துக்காட்டுகள்
அன்றாட மேற்பரப்பு இழுவிசை மதிப்புகள்
| பொருள் | வெப்பநிலை | மேற்பரப்பு இழுவிசை | சூழல் |
|---|---|---|---|
| திரவ ஹீலியம் | 4.2 K | 0.12 mN/m | அறியப்பட்ட மிகக் குறைந்த மேற்பரப்பு இழுவிசை |
| அசிட்டோன் | 20°C | 23.7 mN/m | பொதுவான கரைப்பான் |
| சோப்பு கரைசல் | 20°C | 25-30 mN/m | சவர்க்கார செயல்திறன் |
| எத்தனால் | 20°C | 22.1 mN/m | ஆல்கஹால் இழுவிசையைக் குறைக்கிறது |
| கிளிசரால் | 20°C | 63.4 mN/m | பிசுபிசுப்பான திரவம் |
| நீர் | 20°C | 72.8 mN/m | குறிப்புத் தரம் |
| நீர் | 100°C | 58.9 mN/m | வெப்பநிலை சார்பு |
| இரத்த பிளாஸ்மா | 37°C | 55-60 mN/m | மருத்துவப் பயன்பாடுகள் |
| ஆலிவ் எண்ணெய் | 20°C | 32 mN/m | உணவுத் தொழில் |
| பாதரசம் | 20°C | 486 mN/m | அதிகபட்ச பொதுவான திரவம் |
| உருகிய வெள்ளி | 970°C | 878 mN/m | உயர் வெப்பநிலை உலோகம் |
| உருகிய இரும்பு | 1535°C | 1872 mN/m | உலோகவியல் பயன்பாடுகள் |
முழுமையான அலகு மாற்று குறிப்பு
அனைத்து மேற்பரப்பு இழுவிசை மற்றும் மேற்பரப்பு ஆற்றல் அலகு மாற்றங்கள். நினைவில் கொள்ளுங்கள்: N/m மற்றும் J/m² ஆகியவை பரிமாண ரீதியாக ஒரே மாதிரியானவை மற்றும் எண்முறையில் சமமானவை.
SI / மெட்ரிக் அலகுகள் (ஒரு நீளத்திற்கான விசை)
Base Unit: நியூட்டன் પ્રતિ மீட்டர் (N/m)
| From | To | Formula | Example |
|---|---|---|---|
| N/m | mN/m | mN/m = N/m × 1000 | 0.0728 N/m = 72.8 mN/m |
| N/m | µN/m | µN/m = N/m × 1,000,000 | 0.0728 N/m = 72,800 µN/m |
| N/cm | N/m | N/m = N/cm × 100 | 1 N/cm = 100 N/m |
| N/mm | N/m | N/m = N/mm × 1000 | 0.1 N/mm = 100 N/m |
| mN/m | N/m | N/m = mN/m / 1000 | 72.8 mN/m = 0.0728 N/m |
CGS அமைப்பு மாற்றங்கள்
Base Unit: டைன் પ્રતિ சென்டிமீட்டர் (dyn/cm)
CGS அலகுகள் பழைய இலக்கியங்களில் பொதுவானவை. 1 dyn/cm = 1 mN/m (எண்முறையில் சமமானது).
| From | To | Formula | Example |
|---|---|---|---|
| dyn/cm | N/m | N/m = dyn/cm / 1000 | 72.8 dyn/cm = 0.0728 N/m |
| dyn/cm | mN/m | mN/m = dyn/cm × 1 | 72.8 dyn/cm = 72.8 mN/m (சமமானது) |
| N/m | dyn/cm | dyn/cm = N/m × 1000 | 0.0728 N/m = 72.8 dyn/cm |
| gf/cm | N/m | N/m = gf/cm × 0.9807 | 10 gf/cm = 9.807 N/m |
| kgf/m | N/m | N/m = kgf/m × 9.807 | 1 kgf/m = 9.807 N/m |
இம்பீரியல் / US வழக்கமான அலகுகள்
Base Unit: பவுண்ட்-விசை પ્રતિ அங்குலம் (lbf/in)
| From | To | Formula | Example |
|---|---|---|---|
| lbf/in | N/m | N/m = lbf/in × 175.127 | 1 lbf/in = 175.127 N/m |
| lbf/in | mN/m | mN/m = lbf/in × 175,127 | 0.001 lbf/in = 175.1 mN/m |
| lbf/ft | N/m | N/m = lbf/ft × 14.5939 | 1 lbf/ft = 14.5939 N/m |
| ozf/in | N/m | N/m = ozf/in × 10.9454 | 1 ozf/in = 10.9454 N/m |
| N/m | lbf/in | lbf/in = N/m / 175.127 | 72.8 N/m = 0.416 lbf/in |
ஒரு பரப்பளவுக்கான ஆற்றல் (வெப்ப இயக்கவியல் சமமானது)
மேற்பரப்பு ஆற்றல் மற்றும் மேற்பரப்பு இழுவிசை எண்முறையில் சமமானவை: 1 N/m = 1 J/m². இது ஒரு தற்செயல் நிகழ்வு அல்ல—இது ஒரு அடிப்படை வெப்ப இயக்கவியல் உறவு.
| From | To | Formula | Example |
|---|---|---|---|
| J/m² | N/m | N/m = J/m² × 1 | 72.8 J/m² = 72.8 N/m (சமமானது) |
| mJ/m² | mN/m | mN/m = mJ/m² × 1 | 72.8 mJ/m² = 72.8 mN/m (சமமானது) |
| erg/cm² | mN/m | mN/m = erg/cm² × 1 | 72.8 erg/cm² = 72.8 mN/m (சமமானது) |
| erg/cm² | N/m | N/m = erg/cm² / 1000 | 72,800 erg/cm² = 72.8 N/m |
| cal/cm² | N/m | N/m = cal/cm² × 41,840 | 0.001 cal/cm² = 41.84 N/m |
| BTU/ft² | N/m | N/m = BTU/ft² × 11,357 | 0.01 BTU/ft² = 113.57 N/m |
ஏன் N/m = J/m²: பரிமாண ஆதாரம்
இது ஒரு மாற்றம் அல்ல—இது ஒரு பரிமாண அடையாளம். வேலை = விசை × தூரம், எனவே ஒரு பரப்பளவுக்கான ஆற்றல் ஒரு நீளத்திற்கான விசையாக மாறுகிறது:
| Calculation | Formula | Units |
|---|---|---|
| மேற்பரப்பு இழுவிசை (விசை) | [N/m] = kg·m/s² / m = kg/s² | ஒரு நீளத்திற்கான விசை |
| மேற்பரப்பு ஆற்றல் | [J/m²] = (kg·m²/s²) / m² = kg/s² | ஒரு பரப்பளவுக்கான ஆற்றல் |
| அடையாள ஆதாரம் | [N/m] = [J/m²] ≡ kg/s² | அதே அடிப்படை பரிமாணங்கள்! |
| இயற்பியல் பொருள் | 1 m² மேற்பரப்பை உருவாக்க γ × 1 m² ஜூல்கள் வேலை தேவை | γ என்பது விசை/நீளம் மற்றும் ஆற்றல்/பரப்பளவு ஆகிய இரண்டும் ஆகும் |
நிஜ-உலக பயன்பாடுகள் & தொழில்கள்
பூச்சுகள் & அச்சிடுதல்
மேற்பரப்பு இழுவிசை ஈரமாக்குதல், பரவுதல் மற்றும் ஒட்டுதலை தீர்மானிக்கிறது:
- பெயிண்ட் உருவாக்கம்: அடி மூலக்கூறுகளில் உகந்த பரவலுக்கு γ ஐ 25-35 mN/m ஆக சரிசெய்யவும்
- இங்க்-ஜெட் அச்சிடுதல்: ஈரமாக்குதலுக்கு மை γ < அடி மூலக்கூறு கொண்டிருக்க வேண்டும் (வழக்கமான 25-40 mN/m)
- கொரோனா சிகிச்சை: ஒட்டுதலுக்காக பாலிமர் மேற்பரப்பு ஆற்றலை 30 → 50+ mN/m ஆக அதிகரிக்கிறது
- தூள் பூச்சுகள்: குறைந்த மேற்பரப்பு இழுவிசை சமன்படுத்துதல் மற்றும் பளபளப்பு வளர்ச்சிக்கு உதவுகிறது
- கிராஃபிட்டி எதிர்ப்பு பூச்சுகள்: குறைந்த γ (15-20 mN/m) பெயிண்ட் ஒட்டுதலைத் தடுக்கிறது
- தரக் கட்டுப்பாடு: தொகுதிக்கு தொகுதி நிலைத்தன்மைக்கு Du Noüy வளைய டென்சியோமீட்டர்
சர்பாக்டன்ட்கள் & சுத்தம் செய்தல்
சவர்க்காரங்கள் மேற்பரப்பு இழுவிசையைக் குறைப்பதன் மூலம் செயல்படுகின்றன:
- தூய நீர்: γ = 72.8 mN/m (துணிகளில் நன்றாக ஊடுருவாது)
- நீர் + சோப்பு: γ = 25-30 mN/m (ஊடுருவி, ஈரமாக்கி, எண்ணெயை நீக்குகிறது)
- நெருக்கடியான மைக்கேல் செறிவு (CMC): γ CMC வரை கூர்மையாகக் குறைகிறது, பின்னர் சமன்படுகிறது
- ஈரமாக்கும் முகவர்கள்: தொழில்துறை கிளீனர்கள் γ ஐ <30 mN/m ஆகக் குறைக்கின்றன
- பாத்திரம் கழுவும் திரவம்: கிரீஸ் அகற்றுவதற்காக γ ≈ 27-30 mN/m ஆக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது
- பூச்சிக்கொல்லி தெளிப்பான்கள்: சிறந்த இலை கவரேஜுக்காக γ ஐக் குறைக்க சர்பாக்டன்ட்களைச் சேர்க்கவும்
பெட்ரோலியம் & மேம்படுத்தப்பட்ட எண்ணெய் மீட்பு
எண்ணெய் மற்றும் நீருக்கு இடையிலான இடைமுக இழுவிசை பிரித்தெடுப்பைப் பாதிக்கிறது:
- எண்ணெய்-நீர் இடைமுக இழுவிசை: பொதுவாக 20-50 mN/m
- மேம்படுத்தப்பட்ட எண்ணெய் மீட்பு (EOR): γ ஐ <0.01 mN/m ஆகக் குறைக்க சர்பாக்டன்ட்களைச் செலுத்தவும்
- குறைந்த γ → எண்ணெய் துளிகள் குழம்பாகின்றன → நுண்துளைப் பாறை வழியாகப் பாய்கின்றன → அதிகரித்த மீட்பு
- கச்சா எண்ணெய் குணாதிசயம்: நறுமண உள்ளடக்கம் மேற்பரப்பு இழுவிசையைப் பாதிக்கிறது
- குழாய் ஓட்டம்: குறைந்த γ குழம்பு நிலைத்தன்மையைக் குறைக்கிறது, பிரித்தலுக்கு உதவுகிறது
- தொங்கும் துளி முறை நீர்த்தேக்க வெப்பநிலை/அழுத்தத்தில் γ ஐ அளவிடுகிறது
உயிரியல் & மருத்துவப் பயன்பாடுகள்
மேற்பரப்பு இழுவிசை வாழ்க்கை செயல்முறைகளுக்கு முக்கியமானது:
- நுரையீரல் சர்பாக்டன்ட்: ஆல்வியோலர் γ ஐ 70 முதல் 25 mN/m வரை குறைக்கிறது, சரிவைத் தடுக்கிறது
- குறைப்பிரசவ குழந்தைகள்: போதுமான சர்பாக்டன்ட் இல்லாததால் சுவாசக் கோளாறு நோய்க்குறி
- செல் சவ்வுகள்: லிப்பிட் பிலேயர் γ ≈ 0.1-2 mN/m (நெகிழ்வுத்தன்மைக்கு மிகக் குறைவு)
- இரத்த பிளாஸ்மா: γ ≈ 50-60 mN/m, நோய்களில் அதிகரிக்கிறது (நீரிழிவு, பெருந்தமனி தடிப்பு)
- கண்ணீர்ப் படம்: லிப்பிட் அடுக்குடன் கூடிய பல அடுக்கு அமைப்பு ஆவியாதலைக் குறைக்கிறது
- பூச்சி சுவாசம்: மூச்சுக்குழாய் அமைப்பு நீர் நுழைவதைத் தடுக்க மேற்பரப்பு இழுவிசையை நம்பியுள்ளது
கவர்ச்சிகரமான மேற்பரப்பு இழுவிசை உண்மைகள்
நீர் சிலந்திகள் தண்ணீரில் நடக்கின்றன
நீர் சிலந்திகள் (Gerridae) நீரின் அதிக மேற்பரப்பு இழுவிசையை (72.8 mN/m) பயன்படுத்தி தங்கள் உடல் எடையை விட 15 மடங்கு தாங்குகின்றன. அவற்றின் கால்கள் மெழுகு முடிகளால் பூசப்பட்டுள்ளன, அவை சூப்பர்ஹைட்ரோபோபிக் (தொடர்பு கோணம் >150°). ஒவ்வொரு காலும் நீர் மேற்பரப்பில் ஒரு பள்ளத்தை உருவாக்குகிறது, மேலும் மேற்பரப்பு இழுவிசை மேல்நோக்கிய விசையை வழங்குகிறது. நீங்கள் சோப்பு சேர்த்தால் (γ ஐ 30 mN/m ஆகக் குறைத்தால்), அவை உடனடியாக மூழ்கிவிடும்!
குமிழ்கள் ஏன் எப்போதும் வட்டமாக இருக்கின்றன
மேற்பரப்பு இழுவிசை ஒரு குறிப்பிட்ட கொள்ளளவுக்கான மேற்பரப்பைக் குறைக்க செயல்படுகிறது. கோளம் எந்தவொரு கொள்ளளவுக்கும் குறைந்தபட்ச மேற்பரப்பைக் கொண்டுள்ளது (ஐசோபெரிமெட்ரிக் சமத்துவமின்மை). சோப்பு குமிழ்கள் இதை அழகாக நிரூபிக்கின்றன: உள்ளே இருக்கும் காற்று வெளிப்புறமாகத் தள்ளுகிறது, மேற்பரப்பு இழுவிசை உட்புறமாக இழுக்கிறது, மேலும் சமநிலை ஒரு சரியான கோளத்தை உருவாக்குகிறது. கோளமற்ற குமிழ்கள் (கம்பி சட்டங்களில் உள்ள கனசதுர குமிழ்கள் போன்றவை) அதிக ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் நிலையற்றவை.
குறைப்பிரசவ குழந்தைகள் மற்றும் சர்பாக்டன்ட்
புதிதாகப் பிறந்த குழந்தைகளின் நுரையீரலில் நுரையீரல் சர்பாக்டன்ட் (பாஸ்போலிப்பிட்கள் + புரதங்கள்) உள்ளது, இது ஆல்வியோலர் மேற்பரப்பு இழுவிசையை 70 முதல் 25 mN/m வரை குறைக்கிறது. அது இல்லாமல், வெளிவிடும் போது ஆல்வியோலிகள் சரிந்துவிடும் (அட்டெலெக்டாசிஸ்). குறைப்பிரசவ குழந்தைகளுக்கு போதுமான சர்பாக்டன்ட் இல்லை, இது சுவாசக் கோளாறு நோய்க்குறியை (RDS) ஏற்படுத்துகிறது. செயற்கை சர்பாக்டன்ட் சிகிச்சைக்கு முன் (1990கள்), RDS பிறந்த குழந்தைகளின் இறப்புக்கு ஒரு முக்கிய காரணமாக இருந்தது. இப்போது, உயிர் பிழைக்கும் விகிதங்கள் 95% ஐத் தாண்டுகின்றன.
ஒயின் கண்ணீர் (மராங்கோனி விளைவு)
ஒரு கிளாஸில் ஒயின் ஊற்றிப் பாருங்கள்: பக்கங்களில் துளிகள் உருவாகின்றன, மேல்நோக்கி ஏறி, மீண்டும் கீழே விழுகின்றன—'ஒயின் கண்ணீர்'. இது மராங்கோனி விளைவு: ஆல்கஹால் தண்ணீரை விட வேகமாக ஆவியாகிறது, இது மேற்பரப்பு இழுவிசை சரிவுகளை உருவாக்குகிறது (γ இடஞ்சார்ந்து மாறுபடும்). திரவம் குறைந்த-γ இலிருந்து உயர்-γ பகுதிகளுக்குப் பாய்கிறது, ஒயினை மேல்நோக்கி இழுக்கிறது. துளிகள் போதுமான கனமாகும்போது, புவியீர்ப்பு வெற்றி பெறுகிறது, அவை விழுகின்றன. மராங்கோனி ஓட்டங்கள் வெல்டிங், பூச்சு மற்றும் படிக வளர்ச்சியில் முக்கியமானவை.
சோப்பு உண்மையில் எப்படி வேலை செய்கிறது
சோப்பு மூலக்கூறுகள் ஆம்பிஃபிலிக்: ஹைட்ரோபோபிக் வால் (தண்ணீரை வெறுக்கிறது) + ஹைட்ரோஃபிலிக் தலை (தண்ணீரை விரும்புகிறது). கரைசலில், வால்கள் நீர் மேற்பரப்பிலிருந்து வெளியே நிற்கின்றன, ஹைட்ரஜன் பிணைப்பை சீர்குலைத்து γ ஐ 72 முதல் 25-30 mN/m வரை குறைக்கின்றன. நெருக்கடியான மைக்கேல் செறிவு (CMC) இல், மூலக்கூறுகள் உள்ளே வால்களுடன் (எண்ணெயைப் பிடிக்கின்றன) மற்றும் வெளியே தலைகளுடன் கோள மைக்கேல்களை உருவாக்குகின்றன. இதனால்தான் சோப்பு கிரீஸை நீக்குகிறது: எண்ணெய் மைக்கேல்களுக்குள் கரைந்து கழுவப்படுகிறது.
கற்பூரப் படகுகள் மற்றும் மேற்பரப்பு இழுவிசை மோட்டார்கள்
தண்ணீரில் ஒரு கற்பூரப் படிகத்தை விட்டால் அது ஒரு சிறிய படகு போல மேற்பரப்பில் சுற்றி வருகிறது. கற்பூரம் சமச்சீரற்ற முறையில் கரைகிறது, இது ஒரு மேற்பரப்பு இழுவிசை சரிவை உருவாக்குகிறது (பின்னால் அதிக γ, முன்னால் குறைவு). மேற்பரப்பு படிகத்தை உயர்-γ பகுதிகளுக்கு இழுக்கிறது—ஒரு மேற்பரப்பு இழுவிசை மோட்டார்! இது 1890 இல் இயற்பியலாளர் C.V. Boys ஆல் நிரூபிக்கப்பட்டது. நவீன வேதியியலாளர்கள் மைக்ரோரோபோட்டுகள் மற்றும் மருந்து விநியோக வாகனங்களுக்கு இதேபோன்ற மராங்கோனி உந்துவிசையைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.
அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்
மேற்பரப்பு இழுவிசை (N/m) மற்றும் மேற்பரப்பு ஆற்றல் (J/m²) ஏன் எண்முறையில் சமமாக உள்ளன?
இது ஒரு அடிப்படை வெப்ப இயக்கவியல் உறவு, தற்செயல் நிகழ்வு அல்ல. பரிமாண ரீதியாக: [N/m] = (kg·m/s²)/m = kg/s² மற்றும் [J/m²] = (kg·m²/s²)/m² = kg/s². அவை ஒரே மாதிரியான அடிப்படை பரிமாணங்களைக் கொண்டுள்ளன! இயற்பியல் ரீதியாக: 1 m² புதிய மேற்பரப்பை உருவாக்க வேலை = விசை × தூரம் = (γ N/m) × (1 m) × (1 m) = γ J. எனவே விசை/நீளமாக அளவிடப்படும் γ, ஆற்றல்/பரப்பளவாக அளவிடப்படும் γ க்கு சமம். நீர் @ 20°C: 72.8 mN/m = 72.8 mJ/m² (அதே எண், இரட்டை விளக்கம்).
ஒத்திசைவு மற்றும் ஒட்டுதலுக்கு என்ன வித்தியாசம்?
ஒத்திசைவு: ஒத்த மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஈர்ப்பு (நீர்-நீர்). ஒட்டுதல்: ஒத்த மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஈர்ப்பு (நீர்-கண்ணாடி). அதிக ஒத்திசைவு → அதிக மேற்பரப்பு இழுவிசை → துளிகள் குவிகின்றன (கண்ணாடியில் பாதரசம்). ஒத்திசைவுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக ஒட்டுதல் → திரவம் பரவுகிறது (சுத்தமான கண்ணாடியில் நீர்). இந்த சமநிலை யங்கின் சமன்பாட்டின் மூலம் தொடர்பு கோணம் θ ஐ தீர்மானிக்கிறது: cos θ = (γ_SV - γ_SL)/γ_LV. θ < 90° ஆக இருக்கும்போது ஈரமாக்குதல் ஏற்படுகிறது; θ > 90° ஆக இருக்கும்போது குவிதல் ஏற்படுகிறது. சூப்பர்ஹைட்ரோபோபிக் மேற்பரப்புகள் (தாமரை இலை) θ > 150° கொண்டுள்ளன.
சோப்பு எவ்வாறு மேற்பரப்பு இழுவிசையைக் குறைக்கிறது?
சோப்பு மூலக்கூறுகள் ஆம்பிஃபிலிக்: ஹைட்ரோபோபிக் வால் + ஹைட்ரோஃபிலிக் தலை. நீர்-காற்று இடைமுகப்பில், வால்கள் வெளிப்புறமாக நோக்கியுள்ளன (தண்ணீரைத் தவிர்க்கின்றன), தலைகள் உட்புறமாக நோக்கியுள்ளன (தண்ணீரால் ஈர்க்கப்படுகின்றன). இது நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பை சீர்குலைக்கிறது, மேற்பரப்பு இழுவிசையை 72.8 இலிருந்து 25-30 mN/m ஆகக் குறைக்கிறது. குறைந்த γ, நீர் துணிகளை ஈரமாக்கவும், கிரீஸில் ஊடுருவவும் அனுமதிக்கிறது. நெருக்கடியான மைக்கேல் செறிவு (CMC, பொதுவாக 0.1-1%) இல், மூலக்கூறுகள் எண்ணெயைக் கரைக்கும் மைக்கேல்களை உருவாக்குகின்றன.
வெப்பநிலையுடன் மேற்பரப்பு இழுவிசை ஏன் குறைகிறது?
அதிக வெப்பநிலை மூலக்கூறுகளுக்கு அதிக இயக்க ஆற்றலைக் கொடுக்கிறது, இது மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஈர்ப்புகளை (ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள், வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள்) பலவீனப்படுத்துகிறது. மேற்பரப்பு மூலக்கூறுகள் குறைவான நிகர உள்நோக்கிய இழுப்பைக் கொண்டுள்ளன → குறைந்த மேற்பரப்பு இழுவிசை. நீருக்கு: γ ஒரு °C க்கு ~0.15 mN/m குறைகிறது. நெருக்கடியான வெப்பநிலையில் (நீருக்கு 374°C, 647 K), திரவ-வாயு வேறுபாடு மறைந்து γ → 0 ஆகிறது. Eötvös விதி இதை அளவிடுகிறது: γ·V^(2/3) = k(T_c - T) இதில் V = மோலார் கொள்ளளவு, T_c = நெருக்கடியான வெப்பநிலை.
மேற்பரப்பு இழுவிசை எவ்வாறு அளவிடப்படுகிறது?
நான்கு முக்கிய முறைகள்: (1) Du Noüy வளையம்: பிளாட்டினம் வளையம் மேற்பரப்பிலிருந்து இழுக்கப்படுகிறது, விசை அளவிடப்படுகிறது (மிகவும் பொதுவானது, ±0.1 mN/m). (2) Wilhelmy தட்டு: மேற்பரப்பைத் தொடும் மெல்லிய தட்டு தொங்கவிடப்படுகிறது, விசை தொடர்ந்து அளவிடப்படுகிறது (அதிக துல்லியம், ±0.01 mN/m). (3) தொங்கும் துளி: யங்-லாப்லாஸ் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி துளி வடிவம் ஒளியியல் ரீதியாக பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது (உயர் T/P இல் வேலை செய்கிறது). (4) நுண்புழை ஏற்றம்: திரவம் குறுகிய குழாயில் ஏறுகிறது, உயரம் அளவிடப்படுகிறது: γ = ρghr/(2cosθ) இதில் ρ = அடர்த்தி, h = உயரம், r = ஆரம், θ = தொடர்பு கோணம்.
யங்-லாப்லாஸ் சமன்பாடு என்றால் என்ன?
ΔP = γ(1/R₁ + 1/R₂) ஒரு வளைந்த இடைமுகத்தின் குறுக்கே உள்ள அழுத்த வேறுபாட்டை விவரிக்கிறது. R₁, R₂ ஆகியவை வளைவின் முக்கிய ஆரங்கள் ஆகும். ஒரு கோளத்திற்கு (குமிழ், துளி): ΔP = 2γ/R. சிறிய குமிழ்கள் பெரியவற்றை விட அதிக உள் அழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளன. உதாரணம்: 1 மிமீ நீர் துளி ΔP = 2×0.0728/0.0005 = 291 Pa (0.003 atm) கொண்டுள்ளது. இது ஏன் நுரையில் உள்ள சிறிய குமிழ்கள் சுருங்குகின்றன (வாயு சிறியதிலிருந்து பெரியதற்குப் பரவுகிறது) மற்றும் நுரையீரல் ஆல்வியோலிகளுக்கு ஏன் சர்பாக்டன்ட் தேவை (γ ஐக் குறைக்கிறது, அதனால் அவை சரிந்துவிடாது) என்பதை விளக்குகிறது.
பாதரசம் ஏன் குவிகிறது, ஆனால் நீர் கண்ணாடியில் பரவுகிறது?
பாதரசம்: வலுவான ஒத்திசைவு (உலோகப் பிணைப்பு, γ = 486 mN/m) >> கண்ணாடிக்கு பலவீனமான ஒட்டுதல் → தொடர்பு கோணம் θ ≈ 140° → குவிகிறது. நீர்: மிதமான ஒத்திசைவு (ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு, γ = 72.8 mN/m) < கண்ணாடிக்கு வலுவான ஒட்டுதல் (மேற்பரப்பு -OH குழுக்களுடன் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள்) → θ ≈ 0-20° → பரவுகிறது. யங்கின் சமன்பாடு: cos θ = (γ_திட-ஆவி - γ_திட-திரவம்)/γ_திரவ-ஆவி. ஒட்டுதல் > ஒத்திசைவு ஆகும்போது, cos θ > 0, எனவே θ < 90° (ஈரமாக்குதல்).
மேற்பரப்பு இழுவிசை எதிர்மறையாக இருக்க முடியுமா?
இல்லை. மேற்பரப்பு இழுவிசை எப்போதும் நேர்மறையானது—இது புதிய மேற்பரப்பை உருவாக்குவதற்கான ஆற்றல் செலவைக் குறிக்கிறது. எதிர்மறை γ என்பது மேற்பரப்புகள் தன்னிச்சையாக விரிவடையும் என்று பொருள்படும், இது வெப்ப இயக்கவியலை மீறுகிறது (என்ட்ரோபி அதிகரிக்கிறது, ஆனால் மொத்த கட்டம் மிகவும் நிலையானது). இருப்பினும், இரண்டு திரவங்களுக்கு இடையிலான இடைமுக இழுவிசை மிகக் குறைவாக இருக்கலாம் (பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகில்): மேம்படுத்தப்பட்ட எண்ணெய் மீட்பில், சர்பாக்டன்ட்கள் எண்ணெய்-நீர் γ ஐ <0.01 mN/m ஆகக் குறைக்கின்றன, இது தன்னிச்சையான குழம்பாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. நெருக்கடியான புள்ளியில், γ = 0 சரியாக (திரவ-வாயு வேறுபாடு மறைந்துவிடும்).
முழுமையான கருவி அடைவு
UNITS-ல் கிடைக்கும் அனைத்து 71 கருவிகளும்