Struktur gas, cair dan padat.

Ketentuan Dasar Teori Kinetik Molekuler:

Semua zat terdiri dari molekul, dan molekul terdiri dari atom.

atom dan molekul selalu bergerak,

Ada gaya tarik menarik dan gaya tolak menolak antar molekul.

PADA gas molekul bergerak secara acak, jarak antar molekul besar, gaya molekul kecil, gas menempati seluruh volume yang disediakan untuk itu.

PADA cairan molekul dipesan hanya pada jarak kecil, dan pada jarak jauh urutan (simetri) pengaturan dilanggar - "urutan jarak pendek". Gaya tarik-menarik molekul membuat molekul tetap berdekatan. Pergerakan molekul adalah "melompat" dari satu posisi stabil ke posisi lain (biasanya dalam satu lapisan. Gerakan ini menjelaskan fluiditas cairan. Cairan tidak memiliki bentuk, tetapi memiliki volume.

Padatan - zat yang mempertahankan bentuknya, dibagi menjadi kristal dan amorf. kristal padat benda memiliki kisi kristal, di simpulnya mungkin ada ion, molekul, atau atom. Mereka berosilasi relatif terhadap posisi kesetimbangan yang stabil. Kisi kristal memiliki struktur teratur di seluruh volume - "urutan jarak jauh" lokasi.

Tubuh amorf mempertahankan bentuknya, tetapi tidak memiliki kisi kristal dan, sebagai akibatnya, tidak memiliki titik leleh yang jelas. Mereka disebut cairan beku, karena mereka, seperti cairan, memiliki susunan molekul yang "hampir".

Gaya interaksi molekul

Semua molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain dengan gaya tarik-menarik dan tolak menolak. Bukti interaksi molekul: fenomena pembasahan, ketahanan terhadap kompresi dan peregangan, kompresibilitas rendah padatan dan gas, dll. Alasan interaksi molekul adalah interaksi elektromagnetik partikel bermuatan dalam materi. Bagaimana menjelaskannya? Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif. Muatan inti sama dengan muatan total semua elektron, oleh karena itu, secara keseluruhan, atom netral secara listrik. Sebuah molekul yang terdiri dari satu atau lebih atom juga netral secara listrik. Pertimbangkan interaksi antara molekul menggunakan contoh dua molekul tidak bergerak. Gaya gravitasi dan elektromagnetik dapat terjadi di antara benda-benda di alam. Karena massa molekul sangat kecil, gaya interaksi gravitasi antar molekul yang dapat diabaikan dapat diabaikan. Pada jarak yang sangat jauh, tidak ada interaksi elektromagnetik antar molekul juga. Tetapi, dengan penurunan jarak antar molekul, molekul-molekul mulai mengorientasikan diri sehingga sisi-sisinya yang saling berhadapan akan memiliki muatan dengan tanda yang berbeda (umumnya molekul tetap netral), dan gaya tarik menarik muncul di antara molekul. Dengan penurunan yang lebih besar dalam jarak antara molekul, gaya tolak muncul sebagai akibat dari interaksi kulit elektron bermuatan negatif dari atom-atom molekul. Akibatnya, molekul dipengaruhi oleh jumlah gaya tarik dan tolak. Pada jarak yang jauh, gaya tarik-menarik berlaku (pada jarak 2-3 diameter molekul, daya tarik maksimum), pada jarak pendek, gaya tolak. Ada jarak antara molekul di mana gaya tarik menarik menjadi sama dengan gaya tolak menolak. Posisi molekul ini disebut posisi kesetimbangan stabil. Molekul yang terletak pada jarak satu sama lain dan dihubungkan oleh gaya elektromagnetik memiliki energi potensial. Dalam posisi kesetimbangan stabil, energi potensial molekul minimal. Dalam suatu zat, setiap molekul berinteraksi secara simultan dengan banyak molekul tetangga, yang juga mempengaruhi nilai energi potensial minimum molekul. Selain itu, semua molekul suatu zat bergerak terus menerus, mis. memiliki energi kinetik. Dengan demikian, struktur suatu zat dan sifat-sifatnya (benda padat, cair, dan gas) ditentukan oleh rasio antara energi potensial minimum interaksi molekul dan energi kinetik dari gerakan termal molekul.

Struktur dan sifat benda padat, cair dan gas

Struktur benda dijelaskan oleh interaksi partikel benda dan sifat gerakan termalnya.

Padat

Padatan memiliki bentuk dan volume yang konstan, dan praktis tidak dapat dimampatkan. Energi potensial minimum interaksi molekul lebih besar daripada energi kinetik molekul. Interaksi partikel yang kuat. Pergerakan termal molekul dalam padatan hanya dinyatakan oleh osilasi partikel (atom, molekul) di sekitar posisi kesetimbangan stabil.

Karena gaya tarik-menarik yang besar, molekul praktis tidak dapat mengubah posisinya dalam suatu zat, yang menjelaskan invarian volume dan bentuk padatan. Sebagian besar padatan memiliki susunan partikel yang tersusun secara spasial yang membentuk kisi kristal beraturan. Partikel materi (atom, molekul, ion) terletak di simpul - simpul kisi kristal. Node kisi kristal bertepatan dengan posisi keseimbangan partikel yang stabil. Padatan seperti itu disebut kristal.

Cairan

Cairan memiliki volume tertentu, tetapi tidak memiliki bentuknya sendiri, mereka mengambil bentuk bejana tempat mereka berada. Energi potensial minimum interaksi molekul sebanding dengan energi kinetik molekul. Interaksi partikel lemah Pergerakan termal molekul dalam cairan diekspresikan oleh osilasi di sekitar posisi kesetimbangan stabil dalam volume yang disediakan untuk molekul oleh tetangganya. Molekul tidak dapat bergerak bebas di seluruh volume zat, tetapi transisi molekul ke tempat yang berdekatan dimungkinkan. Ini menjelaskan fluiditas cairan, kemampuan untuk mengubah bentuknya.

Dalam cairan, molekul-molekulnya cukup kuat terikat satu sama lain oleh gaya tarik menarik, yang menjelaskan invarian volume cairan. Dalam cairan, jarak antar molekul kira-kira sama dengan diameter molekul. Dengan penurunan jarak antar molekul (pemampatan cairan), gaya tolak meningkat tajam, sehingga cairan tidak dapat dimampatkan. Dalam hal struktur dan sifat gerakan termal, cairan menempati posisi perantara antara padatan dan gas. Meskipun perbedaan antara cairan dan gas jauh lebih besar daripada antara cairan dan padatan. Misalnya, selama peleburan atau kristalisasi, volume benda berubah berkali-kali lebih sedikit daripada selama penguapan atau kondensasi.

Gas tidak memiliki volume konstan dan menempati seluruh volume bejana di mana mereka berada. Energi potensial minimum interaksi molekul lebih kecil dari energi kinetik molekul. Partikel materi praktis tidak berinteraksi. Gas dicirikan oleh gangguan lengkap dalam pengaturan dan pergerakan molekul.

Jarak antara molekul gas berkali-kali lebih besar dari ukuran molekul. Gaya tarik-menarik yang kecil tidak dapat membuat molekul saling berdekatan, sehingga gas dapat mengembang tanpa batas. Gas mudah dikompresi di bawah aksi tekanan eksternal, karena. jarak antar molekul besar, dan gaya interaksi dapat diabaikan. Tekanan gas pada dinding bejana dibuat oleh tumbukan molekul gas yang bergerak.

Cairan adalah zat yang, berdasarkan sifat-sifatnya, menempati posisi perantara antara gas dan padatan. Media cair membentuk bagian terbesar dari tubuh, gerakannya memastikan metabolisme dan suplai oksigen ke sel, oleh karena itu, sifat mekanik dan aliran cairan sangat menarik bagi dokter dan ahli biologi.

Materi yang disajikan dalam bab ini terkait dengan hidrodinamika - cabang fisika yang mempelajari gerakan fluida yang tidak dapat dimampatkan dan interaksinya dengan padatan di sekitarnya, dan dengan reologi - studi tentang deformasi dan fluiditas suatu zat.

FLUIDA NEWTONIAN DAN NON-NEWTONIA

Selama aliran fluida nyata, lapisan individunya bekerja satu sama lain dengan gaya yang bersinggungan dengan lapisan. Fenomena ini disebut friksi internalatauviskositas.

Mari kita perhatikan aliran fluida kental antara dua pelat padat (Gbr. 9.1), di mana pelat bawah diam, dan pelat atas bergerak dengan kecepatan . Mari kita nyatakan cairan secara kondisional dalam bentuk beberapa lapisan 1, 2, 3, dll. Lapisan "macet" ke bawah tidak bergerak. Saat mereka bergerak menjauh dari bagian bawah (pelat bawah), lapisan cair memiliki kecepatan yang lebih besar (υ 1< υ 2 < υ 3 <... и т.д), максимальная скорость υ Β будет у слоя, который «прилип» к верхней пластинке.

9.1. VISKOSITAS CAIRAN.

PERSAMAAN NEWTON.

Lapisan berinteraksi satu sama lain. Jadi, misalnya lapisan ketiga cenderung mempercepat gerakan lapisan kedua, tetapi lapisan itu sendiri mengalami perlambatan dari sisinya, dan dipercepat oleh lapisan keempat, dan seterusnya. Gaya gesekan dalam sebanding dengan luas S lapisan yang berinteraksi dan semakin banyak, semakin besar kecepatan relatifnya.

Ini persamaan Newton. Di sini adalah koefisien proporsionalitas, yang disebut koefisien gesekan internal atau dinamis dengan viskositas(atau sederhananya viskositas). Viskositas tergantung pada keadaan dan sifat molekul cairan (atau gas).

Satuan viskositas adalah pascal detik(Kunci paha). Dalam sistem CGS, viskositas dinyatakan sebagai sikap tenang(P): 1 Selangkangan \u003d 10 P.

Untuk banyak cairan, viskositas tidak bergantung pada gradien kecepatan, cairan tersebut mematuhi persamaan Newton (9.1) dan disebut Newton. Zat cair yang tidak memenuhi persamaan (9.1) diklasifikasikan sebagai: non-Newtonian. Kadang-kadang viskositas cairan Newtonian disebut normal, dan non-Newtonian abnormal.

Cairan yang terdiri dari molekul kompleks dan besar, seperti larutan polimer, dan membentuk struktur spasial karena adhesi molekul atau partikel, adalah non-Newtonian. Viskositas mereka, hal-hal lain dianggap sama, jauh lebih besar daripada cairan sederhana.

Peningkatan viskositas terjadi karena selama aliran cairan ini, pekerjaan gaya eksternal dihabiskan tidak hanya untuk mengatasi viskositas Newtonian yang sebenarnya, tetapi juga pada penghancuran struktur. Darah adalah cairan non-Newtonian.

9.2. ALIRAN CAIRAN Kental MELALUI PIPA. FORMULA POISEUIL

Aliran cairan kental melalui pipa sangat menarik bagi kedokteran, karena sistem peredaran darah terutama terdiri dari pembuluh silinder dengan diameter berbeda.

Karena simetri, jelas bahwa di dalam pipa partikel-partikel cairan yang mengalir, yang berjarak sama dari sumbu, memiliki kecepatan yang sama. Partikel yang bergerak sepanjang sumbu pipa memiliki kecepatan tertinggi; lapisan fluida yang paling dekat dengan pipa tidak bergerak.

9.3. GERAK BADAN DALAM CAIRAN Kental. HUKUM STOKES

Viskositas dimanifestasikan selama pergerakan tidak hanya cairan melalui bejana, tetapi juga benda-benda dalam cairan. Pada kecepatan rendah, sesuai dengan persamaan Newton, gaya hambatan pada benda yang bergerak sebanding dengan viskositas fluida, kecepatan benda, dan tergantung pada ukuran benda. Karena tidak mungkin untuk menentukan formula umum untuk gaya perlawanan, kami akan membatasi diri untuk mempertimbangkan kasus tertentu.

Bentuk tubuh paling sederhana adalah bola. Untuk benda bulat (bola), ketergantungan gaya tahanan selama pergerakannya dalam bejana berisi cairan pada faktor-faktor yang disebutkan di atas dinyatakan sebagai Hukum Stoke:

Rumus (9.15) berlaku untuk gerakan bola tidak hanya dalam cairan, tetapi juga dalam gas. Ini dapat digunakan, khususnya, untuk menghitung waktu presipitasi debu di udara. Mari kita jelaskan ini dengan contoh berikut. Untuk udara - media di mana berbagai partikel debu tersuspensi - viskositas \u003d 0,000175 P ? dengan. Sekitar 80% dari debu yang ditemukan di paru-paru orang yang sudah meninggal adalah partikel dengan ukuran mulai dari 5 hingga 0,2 mikron. Jika kita menganggap butiran debu itu bulat, dan kepadatan debu sama dengan kepadatan bumi (p \u003d 2,5 g / cm 3), maka, hitung laju jatuhnya butiran debu ini menggunakan rumus (9,15 ), kami menemukan bahwa nilainya berada di kisaran 0,2-0, 0003 cm/s. Untuk presipitasi penuh debu seperti itu di ruangan setinggi 3 m, dibutuhkan sekitar 12 hari, asalkan udaranya benar-benar diam dan tidak ada gerakan Brown.

9.4. METODE PENENTUAN

VISKOSITAS CAIRAN.

METODE PENENTUAN KLINIS

VISKOSITAS DARAH

Seperangkat metode untuk mengukur viskositas disebut viskometri, dan perangkat yang digunakan untuk tujuan tersebut - viskometer. Pertimbangkan metode viskometri yang paling umum.

Metode kapiler didasarkan pada rumus Poiseuille dan terdiri dari pengukuran waktu aliran melalui kapiler cairan yang diketahui

massa di bawah aksi gravitasi pada perbedaan tekanan tertentu. Viskometer kapiler dari berbagai bentuk ditunjukkan pada gambar. 9.7, a, b (1 - tangki pengukur; M 1 dan M 2- tanda yang menunjukkan batas-batas waduk ini; 2 - kapiler; 3 - kapal penerima).

Viskometer kapiler digunakan untuk menentukan kekentalan darah.

Viskometer kapiler mengukur viskositas dari nilai 10 -5 Pa? s, karakteristik gas, hingga nilai 10 4 Pa? s karakteristik gemuk.

Metode bola jatuh digunakan dalam viskometer berdasarkan hukum Stokes. Dari rumus (9.15) kita menemukan

Jadi, dengan mengetahui besaran-besaran yang termasuk dalam sisi kanan rumus ini, dan mengukur kecepatan jatuhnya bola secara seragam, seseorang dapat menemukan viskositas cairan tertentu.

Batas pengukuran viskometer dengan bola yang bergerak adalah 6? 10 4 - 250 Pa? dengan.

Juga berlaku viskometer rotasi, di mana cairan berada di celah antara dua benda koaksial, seperti silinder. Salah satu silinder (rotor) berputar, sedangkan yang lainnya diam. Viskositas diukur dengan kecepatan sudut rotor, yang menciptakan momen gaya tertentu pada silinder stasioner, atau dengan momen gaya,

bekerja pada silinder tetap, pada kecepatan sudut tertentu dari rotasi rotor.

Dengan bantuan viskometer rotasi, viskositas cairan ditentukan dalam kisaran 1-10 5 Pax, mis. minyak pelumas, silikat cair dan logam, pernis dan perekat yang sangat kental, bubur, dll.

Dalam viskometer rotasi, dimungkinkan untuk mengubah gradien kecepatan dengan mengatur kecepatan sudut rotasi rotor yang berbeda. Hal ini memungkinkan untuk mengukur viskositas pada gradien yang berbeda dan menetapkan ketergantungan = /(άυ/άχ), yang khas untuk cairan non-Newtonian.

Saat ini, di klinik, untuk menentukan kekentalan darah, mereka menggunakan viskometer tessa dengan dua kapiler. Skema perangkatnya diberikan pada gambar. 9.7, c. Dua kapiler identik a 1 b 1 dan 2 b 2 terhubung ke dua tubulus 1 dan 2. Dengan menggunakan bola karet atau dengan menarik udara melalui mulut melalui ujung 3, bergantian berkat tee dengan tap 4 mengisi kapiler a 1 b 1 dan sedotan 1 sampai tanda 0 dengan air suling, dan kapiler a 2 b 2 dan sedotan 2 hingga tanda 0 - dengan darah yang dipelajari. Setelah itu, kedua cairan tersebut secara bersamaan dipindahkan dengan cara yang sama hingga darah mencapai angka 1, dan air mencapai tanda lain di dalam tabungnya. Karena kondisi aliran air dan darah adalah sama, volume pengisian tabung 1 dan 2 akan berbeda karena fakta bahwa viskositas cairan ini tidak sama. Meskipun darah adalah cairan non-Newtonian, kami menggunakan rumus Poiseuille (9.8) dengan beberapa pendekatan dan menuliskan proporsi yang jelas:

di mana V K- volume darah dalam tabung 2 dari tanda 0 sampai tanda 1; di- volume air dalam tabung 1 dari tanda 0 sampai tanda yang diperoleh selama pengukuran; , dan, karenanya, viskositas darah dan air. Perbandingan antara kekentalan darah dan kekentalan air pada suhu yang sama disebut viskositas relatif darah.

Dalam viskometer Hess, volume darah selalu sama, dan volume air dihitung dengan pembagian pada tabung 1, oleh karena itu langsung diperoleh nilai kekentalan relatif darah. Untuk kenyamanan menghitung

tabung 1 dan 2 berbeda, sehingga, meskipun volume darah dan air berbeda, kadarnya di dalam tabung kira-kira sama.

Viskositas darah manusia biasanya 4-5 MPa? s, dalam patologi berkisar 1,7-22,9 MPa? c, yang mempengaruhi laju sedimentasi eritrosit (ESR). Darah vena memiliki viskositas yang sedikit lebih tinggi daripada darah arteri. Dengan kerja fisik yang berat, kekentalan darah meningkat. Beberapa penyakit menular meningkatkan kekentalan, sementara yang lain, seperti demam tifoid dan TBC, menurunkannya.

9.5. ALIRAN LAMINAR DAN TURBULEN. NOMOR REYNOLDS

Aliran fluida yang sebelumnya dianggap berlapis, atau laminar. Peningkatan kecepatan aliran fluida kental karena ketidakhomogenan tekanan di atas penampang pipa menciptakan pusaran dan gerakan menjadi pusaran air, atau bergolak. Dalam aliran turbulen, kecepatan partikel di setiap tempat berubah terus menerus dan kacau, gerakannya tidak stabil.

Sifat aliran fluida melalui pipa tergantung pada sifat-sifat fluida, laju alirannya, dimensi pipa dan ditentukan oleh: bilangan Reynolds:

Viskositas kinematik lebih lengkap daripada dinamis, memperhitungkan pengaruh gesekan internal pada sifat aliran cairan atau gas. Jadi, viskositas air kira-kira 100 kali lebih besar dari pada udara (pada 0 °C), tetapi viskositas kinematik air 10 kali lebih kecil dari pada udara, dan oleh karena itu viskositas memiliki efek yang lebih kuat pada sifat aliran udara daripada air.

Seperti dapat dilihat dari (9.17), sifat aliran cairan atau gas pada dasarnya tergantung pada dimensi pipa. Dalam pipa lebar, bahkan pada kecepatan yang relatif rendah, gerakan turbulen dapat terjadi. Jadi, misalnya, dalam tabung dengan diameter 2 mm, aliran air menjadi turbulen dengan kecepatan lebih dari 127 cm / s, dan dalam pipa dengan diameter 2 cm - sudah pada kecepatan sekitar 12 cm. / s (suhu 16 ° C). Aliran darah melalui tabung seperti itu akan menjadi turbulen dengan kecepatan 50 cm/s, tetapi dalam praktiknya pada pembuluh darah dengan diameter 2 cm aliran turbulen terjadi bahkan pada kecepatan yang lebih rendah.

Aliran darah di arteri biasanya laminar, dengan sedikit turbulensi terjadi di dekat katup.

Dalam patologi, ketika viskositas kurang dari normal, bilangan Reynolds dapat melebihi nilai kritis dan gerakan akan menjadi turbulen.

Aliran turbulen dikaitkan dengan konsumsi energi tambahan selama pergerakan cairan, yang dalam kasus darah menyebabkan kerja jantung tambahan. Kebisingan yang dihasilkan oleh aliran darah turbulen dapat digunakan untuk mendiagnosis penyakit. Suara ini terdengar di arteri brakialis saat mengukur tekanan darah.

Aliran udara di rongga hidung biasanya laminar. Namun, dengan peradangan atau kelainan lainnya, itu bisa menjadi turbulen, yang akan memerlukan kerja tambahan dari otot-otot pernapasan.

Bilangan Reynolds adalah kriteria kesamaan. Saat memodelkan sistem hidro dan aerodinamis, khususnya sistem peredaran darah, model harus memiliki bilangan Reynolds yang sama dengan bilangan asli, jika tidak maka tidak akan ada korespondensi di antara keduanya. Ini juga berlaku untuk pemodelan aliran di sekitar benda ketika mereka bergerak dalam cairan atau gas.

Dapat dilihat dari (9.17) bahwa penurunan ukuran model dibandingkan dengan yang sebenarnya harus dikompensasikan dengan peningkatan kecepatan aliran atau penurunan viskositas kinematik dari model cair atau gas.

9.6. FITUR STRUKTUR MOLEKUL CAIRAN

Cairan biasa adalah isotropik, secara struktural mereka adalah benda amorf. Struktur internal cairan dicirikan oleh keteraturan terdekat (susunan relatif teratur dari partikel terdekat). Jarak antar molekul kecil, gaya interaksi signifikan, yang mengarah pada kompresibilitas cairan yang rendah: sedikit penurunan jarak antar molekul menyebabkan munculnya gaya tolakan antarmolekul yang besar. Seperti padatan, cairan sedikit kompresibel dan memiliki densitas tinggi; seperti gas, mereka mengambil bentuk wadah di mana mereka berada. Sifat sifat-sifat cairan ini dikaitkan dengan kekhasan gerakan termal molekulnya. Dalam gas, molekul bergerak secara acak, pada jarak pendek mereka bergerak maju, dan tidak ada keteraturan dalam susunan partikel. Dalam tubuh kristal, partikel berosilasi di sekitar posisi keseimbangan tertentu - simpul kisi kristal. Menurut teori Ya.I. Frenkel, molekul cair, seperti partikel benda padat, berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, tetapi posisi kesetimbangan ini tidak konstan. Setelah beberapa waktu, yang disebut waktu kehidupan menetap, molekul melompat ke posisi kesetimbangan baru pada jarak yang sama dengan jarak rata-rata antara molekul tetangga.

Waktu rata-rata dari kehidupan menetap molekul disebut waktu relaksasi r. Dengan peningkatan suhu dan penurunan tekanan, waktu relaksasi sangat berkurang, yang mengarah pada mobilitas molekul cair yang lebih besar dan viskositasnya yang rendah.

Agar molekul cair dapat melompat dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya, ikatan dengan molekul di sekitarnya harus diputuskan dan ikatan dengan tetangga baru harus terbentuk. Proses pemutusan ikatan membutuhkan energi E a (energi aktivasi), dilepaskan selama pembentukan ikatan baru. Transisi molekul seperti itu dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya adalah melintasi penghalang potensial

9.7. TEGANGAN PERMUKAAN

Pada antarmuka cairan dan uap jenuhnya, dua cairan yang tidak dapat bercampur, cairan dan padatan, timbul gaya karena berbagai interaksi antarmolekul dari media yang berdekatan.

Setiap molekul yang terletak di dalam volume cairan secara seragam dikelilingi oleh molekul tetangga dan berinteraksi dengan mereka, tetapi resultan dari gaya-gaya ini adalah nol. Karena ketidakhomogenan lingkungan, sebuah molekul yang terletak di dekat batas dua media dipengaruhi oleh gaya yang tidak dikompensasi oleh molekul lain dari cairan. Oleh karena itu, untuk memindahkan molekul dari volume ke lapisan permukaan, harus dilakukan kerja.

Tegangan permukaan ditentukan oleh rasio kerja yang dikeluarkan untuk menciptakan permukaan cairan tertentu pada suhu konstan dengan luas permukaan ini:

Kondisi keseimbangan cairan yang stabil adalah energi minimum dari lapisan permukaan, oleh karena itu, tanpa adanya gaya eksternal atau

dalam keadaan tanpa bobot, cairan cenderung memiliki luas permukaan minimum untuk volume tertentu dan berbentuk bola.

Tegangan permukaan dapat ditentukan tidak hanya dengan energi. Keinginan lapisan permukaan cairan untuk menyusut berarti adanya gaya tangensial di lapisan ini - gaya tegangan permukaan. Jika kita memilih pada permukaan cairan beberapa segmen panjangnya aku(Gbr. 9.8), maka gaya-gaya ini dapat digambarkan secara kondisional oleh panah yang tegak lurus terhadap segmen.

Tegangan permukaan sama dengan rasio gaya tegangan permukaan dengan panjang segmen di mana gaya ini bekerja:

Diketahui dari kursus sekolah dalam fisika bahwa kedua definisi, (9.21) dan (9.22), adalah identik. Kami menyajikan nilai tegangan permukaan untuk beberapa cairan pada suhu 20 °C (Tabel 1).

Tabel 1

Tegangan permukaan tergantung pada suhu. Jauh dari suhu kritis, nilainya menurun secara linier dengan meningkatnya suhu. Mengurangi tegangan permukaan dapat dicapai dengan memasukkan surfaktan ke dalam cairan, yang mengurangi energi lapisan permukaan.

9.8. PEMBASAH DAN NON-PEMBASAH. FENOMENA KAPILAR

Pada batas kontak antara media yang berbeda, seseorang dapat mengamati membasahi atau tidak basah.

Pertimbangkan perilaku tetesan cairan pada permukaan cairan lain yang tidak bercampur dengannya (Gbr. 9.9) dan penurunan cairan pada permukaan benda padat (Gbr. 9.10 dan 9.11). Pada antarmuka masing-masing dua media ( 1 dan 3, 2 dan 1, 3 dan 2) kekuatan tegangan permukaan.

Di bawah aksi gaya tegangan permukaan, lapisan permukaan cairan melengkung dan memberikan tekanan tambahan Dr dalam kaitannya dengan tekanan eksternal. Lapisan permukaan seperti cangkang elastis, seperti film karet. Gaya tegangan permukaan yang dihasilkan dari permukaan melengkung diarahkan ke cekung-

sejumlah cairan dari uap, yang menyebabkan pelembapan linen, kapas di kamar yang lembab, menyulitkan pengeringan benda higroskopis, membantu mempertahankan kelembaban di tanah, dll. Sebaliknya, cairan non-pembasahan tidak menembus tubuh berpori. Terkait dengan hal ini, misalnya, adalah impermeabilitas air bulu burung yang dilumasi dengan lemak.

Pertimbangkan perilaku gelembung udara dalam kapiler dengan cairan. Jika tekanan cairan pada gelembung sama dari sisi yang berbeda, maka kedua meniskus gelembung akan memiliki jari-jari kelengkungan yang sama (Gbr. 9.14, a). Dengan tekanan berlebihan pada salah satu sisi, misalnya, ketika cairan bergerak, meniskus berubah bentuk, jari-jari kelengkungannya akan berubah (Gbr. 9.14, b), tekanan tambahan Ap dari sisi yang berbeda akan menjadi tidak sama. Hal ini akan menyebabkan efek seperti pada cairan dari gelembung udara (gas), yang akan menghambat atau menghentikan pergerakan cairan. Fenomena seperti itu dapat terjadi pada sistem peredaran darah manusia.

Gelembung udara yang masuk ke dalam darah dapat menyumbat pembuluh darah kecil dan menghalangi suplai darah ke organ. Fenomena ini disebut emboli, dapat menyebabkan gangguan fungsional yang serius atau bahkan kematian. Jadi, emboli udara dapat terjadi ketika pembuluh darah besar terluka: udara yang telah memasuki aliran darah membentuk gelembung udara yang mencegah aliran darah. Gelembung udara tidak boleh masuk ke pembuluh darah selama infus intravena.

Gelembung gas dalam darah dapat muncul pada penyelam selama kenaikan cepat dari kedalaman yang luar biasa ke permukaan, pada pilot dan astronot ketika kabin atau pakaian antariksa mengalami penurunan tekanan pada ketinggian tinggi (emboli gas). Ini disebabkan oleh transisi gas darah dari keadaan terlarut ke keadaan gas bebas sebagai akibat dari penurunan tekanan atmosfer sekitar. Peran utama dalam pembentukan gelembung gas dengan penurunan tekanan adalah milik nitrogen, karena ia menentukan bagian utama dari tekanan total gas dalam darah dan tidak berpartisipasi dalam pertukaran gas tubuh dan udara di sekitarnya.

Cairan biasa adalah isotropik, secara struktural mereka adalah benda amorf. Struktur internal cairan dicirikan oleh keteraturan jarak pendek dalam susunan molekul (susunan teratur dari partikel terdekat). Jarak antar molekul kecil, gaya interaksi signifikan, yang mengarah pada kompresibilitas cairan yang rendah: penurunan kecil jarak antar molekul menyebabkan munculnya gaya tolak antarmolekul yang besar.

Seperti padatan, cairan sedikit kompresibel dan memiliki kerapatan tinggi; seperti gas, mereka mengambil bentuk bejana di mana mereka berada. Sifat sifat-sifat cairan ini dikaitkan dengan kekhasan gerakan termal molekulnya. Dalam gas, molekul bergerak secara acak, pada jarak pendek mereka bergerak maju, dan tidak ada keteraturan dalam susunan partikel. Dalam tubuh kristal, partikel berosilasi di sekitar posisi keseimbangan tertentu - simpul kisi kristal. Menurut teori Ya. I. Frenkel, molekul zat cair, seperti partikel benda padat, berosilasi ...
dekat posisi keseimbangan, bagaimanapun, posisi keseimbangan ini tidak konstan. Setelah beberapa waktu, yang disebut waktu "kehidupan menetap", molekul melompat ke posisi kesetimbangan baru pada jarak yang sama dengan jarak rata-rata antara molekul tetangga.

Mari kita hitung jarak rata-rata antara molekul cair. Anda dapat membayangkan secara mental seluruh volume cairan dibagi menjadi kubus kecil yang identik dengan tepi 8. Biarkan, rata-rata, ada satu molekul di setiap kubus. Dalam hal ini, 5 dapat dianggap sebagai jarak rata-rata antara molekul cair. Volume cairan adalah V = 3 N, di mana N adalah jumlah total molekul cairan. Jika n adalah konsentrasi molekul (jumlah molekul dalam 1 m 3), maka N \u003d nV. Dari persamaan tersebut kita peroleh

Agar molekul cair dapat melompat dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya, ikatan dengan molekul di sekitarnya harus diputuskan dan ikatan dengan tetangga baru harus terbentuk. Proses pemutusan ikatan membutuhkan pengeluaran energi E a (energi aktivasi) yang dilepaskan selama pembentukan ikatan baru. Transisi molekul seperti itu dari satu posisi kesetimbangan ke yang lain adalah transisi melalui penghalang potensial dengan ketinggian E a. Molekul menerima energi untuk mengatasi penghalang potensial karena energi dari gerakan termal molekul tetangga. Ketergantungan waktu relaksasi pada suhu cairan dan energi aktivasi dinyatakan dengan rumus berikut dari distribusi Boltzmann (lihat 2.4).

Dimana 0 adalah periode osilasi rata-rata molekul di sekitar posisi kesetimbangan.

Mengetahui perpindahan rata-rata molekul, yang sama dengan jarak antara molekul , dan waktu rata-rata , kita dapat menentukan kecepatan rata-rata pergerakan molekul dalam cairan:

Kecepatan ini kecil dibandingkan dengan kecepatan rata-rata molekul dalam gas. Jadi, misalnya, untuk molekul air 20 kali lebih kecil daripada molekul uap pada suhu yang sama.

DISTRIBUSI MOLEKUL DALAM BIDANG POTENSIAL

GAYA GRAVITASI (DISTRIBUSI BOLTZMANN)

Ketika menurunkan persamaan dasar MKT gas dan distribusi Maxwell, diasumsikan bahwa gaya eksternal tidak bekerja pada molekul gas, yang berarti bahwa molekul didistribusikan secara merata di seluruh volume. Namun, molekul gas apa pun selalu berada dalam medan potensial gravitasi bumi. Gravitasi, di satu sisi, dan gerakan termal molekul, di sisi lain, mengarah ke keadaan stasioner tertentu, di mana tekanan gas berkurang dengan bertambahnya ketinggian.

Mari kita dapatkan hukum perubahan tekanan dengan ketinggian, dengan asumsi bahwa di seluruh ketinggian: medan gravitasi seragam (g = const); suhunya sama (T = const); massa semua molekul adalah sama.

Biarkan tekanan p berada pada ketinggian h. Kemudian pada ketinggian h + dh tekanannya adalah p + dp. Apalagi jika dh >0, maka dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

Sekarang atau .

Mari kita integrasikan ruas kanan dan kiri:

; .

Di mana, . (26)

Inilah yang disebut rumus barometrik. Ini memungkinkan Anda untuk menentukan tekanan atmosfer sebagai fungsi dari ketinggian di atas permukaan laut:

. (27)

Karena tekanan berbanding lurus dengan konsentrasi molekul, maka Anda bisa mendapatkan hukum perubahan konsentrasi molekul dengan tinggi, asalkan suhu tidak berubah dengan tinggi (T = konstanta):

. (28)

Mengingat M = m∙N A , dan R = k∙N A dari (27) kita peroleh:

Karena mgh = U(h) adalah energi potensial satu molekul pada ketinggian h, maka

(30)

adalah distribusi Boltzmann.

JUMLAH TUBUH DAN RATA-RATA JALUR BEBAS MOLEKUL GAS IDEAL.

Sebagai akibat dari gerakan yang kacau, molekul-molekul gas terus menerus bertabrakan satu sama lain. Di antara dua tumbukan yang berurutan, molekul menempuh lintasan tertentu , yang disebut lintasan bebas rata-rata . Dalam kasus umum, panjang jalan ini berbeda, tetapi karena jumlah tumbukan sangat besar, dan gerakannya acak, maka di bawah kondisi eksternal yang konstan kita dapat berbicara tentang jalur bebas rata-rata - . Jika molekul-molekul gas tertentu mengalami tumbukan rata-rata 1 sekon, maka

di mana adalah kecepatan rata-rata aritmatika molekul.

Kami menganggap molekul gas ideal sebagai bola. Jelas, tumbukan akan terjadi jika dua molekul mendekati jarak yang sama dengan dua jari-jari, yaitu diameter molekul d. Jarak minimum yang didekati pusat dua molekul selama tumbukan disebut diameter efektif molekul. Parameter ini tergantung pada , dan karenanya pada suhu gas.

Untuk mendefinisikannya, bayangkan sebuah molekul dengan diameter efektif d, yang bergerak dengan kecepatan di antara molekul lain, yang pada saat yang sama tetap tidak bergerak. Molekul ini akan bertabrakan dengan semua molekul yang pusatnya terletak di dalam silinder "patah" berjari-jari d. Ini berarti sama dengan jumlah molekul dalam volume silinder ini

di mana n adalah konsentrasi molekul, dan V adalah volume silinder: . Dengan mengingat hal ini -

. (32)

Mempertimbangkan gerakan molekul lain meningkatkan jumlah tumbukan dengan suatu faktor. Akhirnya, untuk z kita mendapatkan:

. (33)

Kemudian (34)

Karena p ~ n, maka untuk kondisi eksternal yang berbeda kita memiliki:

Untuk udara di no. (p \u003d 760 mm Hg; t 0 \u003d 0 0 ): z \u003d 10 9 s -1, a \u003d 5 10 -8 m.

FENOMENA TRANSFER

Dalam sistem termodinamika nonequilibrium, yaitu dalam sistem di mana nilai parameter makro (T, p, ) berbeda pada titik yang berbeda, proses ireversibel terjadi, yang disebut fenomena transportasi . Sebagai hasil dari proses tersebut, energi ditransfer dari satu area lokal sistem ke area lain (fenomena konduktivitas termal), massa (fenomena difusi), momentum (gesekan internal), muatan, dll. Ini mengarah pada penyelarasan nilai parameter makro dengan volume sistem. Jelas bahwa perpindahan nilai apa pun dijelaskan oleh transisi dari satu tempat ke tempat lain dari sejumlah partikel (molekul dan atom) sebagai akibat dari gerakan kacau mereka.

Kami memperoleh persamaan transportasi umum sepanjang arah yang berubah-ubah. Mari kita arahkan sumbu O sepanjang itu X(Gambar 3). Mari kita secara mental memilih sebuah elemen dari bidang dengan luas S, tegak lurus terhadap O X. Karena keacakan gerakan selama t melalui S dalam arah O X memindahkan partikel N:

(1)

Di sini n adalah konsentrasi molekul (atom), dan kecepatan rata-rata aritmatikanya. Melewati S, setiap molekul mentransfer massa, muatan, momentum, energi, atau karakteristik lainnya yang melekat. Mari kita tunjukkan nilai kuantitas yang dibawa oleh satu molekul dengan huruf . Kemudian selama waktu t melalui luas S searah sumbu O X kuantitas kuantitas fisik akan ditransfer

(2).

Jelas, jika konsentrasi di sebelah kanan juga n, maka jumlah partikel yang sama akan bergerak dari kanan ke kiri. Itu. transfer yang dihasilkan dalam hal ini adalah nol: N = 0 dan Nφ = 0.

Jika medium tidak homogen, mis. baik konsentrasi partikel atau nilai untuk partikel di kiri dan kanan tidak sama, maka transisi dari daerah yang nilai (nφ) lebih besar ke daerah yang lebih kecil akan lebih mungkin terjadi. Jika kita mengasumsikan bahwa (nφ) 1 > (nφ) 2, maka hasil transfer nilai akan ditentukan oleh relasi: . (3)

Tanda minus dalam (3) mencerminkan fakta bahwa nilai (nφ) berkurang dalam arah transfer.

Mari kita cari tahu pada jarak berapa dari S di kiri dan kanan nilai (nφ) harus diambil. Karena perubahan sifat fisika molekul hanya terjadi selama tumbukan, dan sebelum tumbukan masing-masing molekul menempuh jarak yang sama dengan lintasan bebas, maka kita dapat mengasumsikan bahwa (nφ) molekul tetap tidak berubah pada jarak yang sama dengan lintasan bebas ke kiri dan kanan S. Bagi dan kalikan ruas kanan (3) dengan 2:

Distribusi besaran sepanjang segala arah ditentukan oleh karakteristik yang disebut gradien. Gradien adalah perubahan besaran pada jarak yang sama dengan satu satuan panjang.

Dalam hal ini, pada titik dengan koordinat X 2 nilai dari nilai yang dapat dialihkan adalah (nφ) 2, dan pada titik X 1 – (nφ) 1 , kemudian di bawah gradien nilai nφ, ditransfer sepanjang sumbu O X, kita harus memahami hubungan:

.

Kemudian gradien nφ di daerah S.

. (5)

(5) adalah persamaan transfer umum.

Difusi adalah perpindahan massa materi . Asalkan massa molekulnya sama (m 0 = konstan), suhu gas sama dalam volume (T = konstan) dan distribusi kecepatan seragam di seluruh volume ( = konstan), menggantikan massa molekul dalam (5) alih-alih , kita peroleh:

Atau . (6)

Ini adalah hukum Fick. D = adalah koefisien difusi. [D] \u003d m 2 / dtk.

Konduktivitas termal adalah transfer energi . Asalkan konsentrasi molekul di seluruh volume gas (n \u003d const), massa molekulnya sama (m 0 \u003d const), distribusi kecepatan pada volume seragam ( \u003d const), dan energi kinetik rata-rata dari gerak translasi satu molekul, kita mendapatkan hukum Fourier:

, atau . (7)

- koefisien konduktivitas termal. [χ] \u003d W / (m K) \u003d kg m / (s 3 K).

Viskositas adalah transfer momentum antara lapisan paralel yang bergerak secara teratur dengan kecepatan kamu 1 dan kamu 2. Asalkan pada seluruh volume gas konsentrasi molekul adalah n = konstan, massa molekul adalah sama (m 0 = konstan), distribusi kecepatan pada volume seragam ( = konstan), dan momentum modulus satu molekul, terkait dengan kecepatan gerakan berurutan lapisan = p = m 0 u, untuk momentum gaya interaksi lapisan yang kita miliki:

Atau . ()

Ini adalah persamaan Newton, yang menentukan besarnya gaya gesekan internal (viskositas). adalah gradien kecepatan transversal yang mencirikan laju perubahan kecepatan dalam arah X tegak lurus terhadap pergerakan lapisan gosok. – koefisien viskositas dinamis . [η] = Pa s.

KEKUATAN MOLEKULER

Gaya interaksi antar molekul, atau disebut juga gaya Van der Waals, bersifat listrik. Ini adalah gaya Coulomb dari interaksi partikel bermuatan yang membentuk atom dan molekul. Mereka muncul pada jarak yang sepadan dengan ukuran molekul itu sendiri dan berkurang sangat cepat dengan bertambahnya jarak. Pada saat yang sama, gaya tarik-menarik (interaksi muatan yang berlawanan) dan gaya tolak-menolak (interaksi muatan yang sejenis) bekerja secara bersamaan. Karena partikel nyata tidak titik, maka besarnya gaya ini tergantung pada jarak antara mereka dengan cara yang berbeda.

Ada tiga jenis gaya van der Waals:

sebuah) orientasi - bertindak antara molekul polar:

,

di mana adalah momen dipol listrik partikel, r adalah jarak antara mereka, k adalah konstanta Boltzmann, adalah suhu termodinamika.

b) induksi – menggambarkan interaksi molekul, polarisasi

muatan yang timbul di bawah pengaruh medan listrik partikel tetangga:

.

Di sini: ind = 0 – momen dipol listrik yang diperoleh partikel; adalah polarisasi molekul.

di) penyebaran - tentukan interaksi molekul, di mana distribusi muatan asimetris terjadi secara acak, dalam proses perpindahan elektron dalam orbit, yang mengarah pada pembentukan dipol sesaat:

.

Secara umum, ketiga jenis gaya dapat bekerja secara bersamaan:

F m \u003d F o + F dan + F d.

Mari kita pertimbangkan ketergantungan gaya interaksi antarmolekul pada jarak. Gaya tarik F pr dianggap negatif, dan gaya tolak F dari dianggap positif. Jumlah gaya-gaya ini menghasilkan resultan - Fres = f(r). Pada jarak tertentu r 0 antara molekul |F pr | = |F dari | dan gaya yang dihasilkan F \u003d F pr + F dari \u003d 0. Jika r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0 , maka gaya tarik-menarik berlaku. Namun, pada jarak r > 10 -9 m, gaya van der Waals dengan cepat cenderung nol.

Sistem molekul yang berinteraksi dicirikan oleh cadangan energi potensial tertentu, yang bergantung pada r secara kompleks, E p = f(r):

r → – E p → 0 ;

r > r 0 dan r → r 0 - E p → E p min, E p< 0 ;

r \u003d r 0 - E p \u003d E p min, E p< 0;

r< r 0 и уменьшается – Е п → ∞, Е п > 0.

Energi potensial interaksi terkecil disebut energi ikat molekul. Ini sama dengan pekerjaan yang harus dilakukan melawan gaya tarik-menarik untuk memisahkan molekul-molekul yang berada dalam kesetimbangan.

Rasio energi potensial minimum (E p min) dan nilai energi rata-rata dua kali lipat dari gerakan termal per satu derajat kebebasan adalah kriteria untuk keadaan agregasi suatu zat. Jika sebuah:

a) E p min<< kT – газ;

b) E p min » kT – cair;

c) E p min >> kT adalah benda padat.

Dengan demikian, zat apa pun, tergantung pada suhu, dapat berada dalam keadaan agregasi gas, cair, atau padat.

FITUR STRUKTURAL GAS, CAIRAN DAN BADAN PADAT

R.N. Grabovsky. kursus fisika. 1980, hlm. 168-174.

GAS NYATA

Persamaan teori kinetika molekul cukup menggambarkan perilaku gas nyata pada suhu yang cukup tinggi dan tekanan rendah. Ini dapat dimengerti, karena keadaan gas nyata seperti itu paling dekat dengan model gas ideal, yang dengannya semua kesimpulan MKT diperoleh. Namun, dengan meningkatnya tekanan dan penurunan suhu, jarak rata-rata antara molekul berkurang dan kekuatan interaksi molekul meningkat. Misalnya di no. volume molekul adalah 1/10000 dari volume yang ditempati oleh gas, dan pada tekanan 500 atm (500 MPa) itu sudah menjadi setengah dari total volume gas. Sangat jelas bahwa di bawah kondisi ini hukum MKT berhenti bekerja, misalnya, PV konstan di T = konstan.

Jadi, tugasnya adalah memperoleh persamaan keadaan seperti itu untuk gas nyata yang akan memperhitungkan volume molekul dan interaksinya.

©2015-2019 situs
Semua hak milik penulisnya. Situs ini tidak mengklaim kepengarangan, tetapi menyediakan penggunaan gratis.
Tanggal pembuatan halaman: 13-02-2016

Cairan biasa adalah isotropik, secara struktural mereka adalah benda amorf. Struktur internal cairan dicirikan oleh keteraturan jarak pendek dalam susunan molekul (susunan teratur dari partikel terdekat). Jarak antar molekul kecil, gaya interaksi signifikan, yang mengarah pada kompresibilitas cairan yang rendah: penurunan kecil jarak antar molekul menyebabkan munculnya gaya tolak antarmolekul yang besar.

Seperti padatan, cairan sedikit kompresibel dan memiliki kerapatan tinggi; seperti gas, mereka mengambil bentuk bejana di mana mereka berada. Sifat sifat-sifat cairan ini dikaitkan dengan kekhasan gerakan termal molekulnya. Dalam gas, molekul bergerak secara acak, pada jarak pendek mereka bergerak maju, dan tidak ada keteraturan dalam susunan partikel. Dalam tubuh kristal, partikel berosilasi di sekitar posisi keseimbangan tertentu - simpul kisi kristal. Menurut teori Ya. I. Frenkel, molekul cairan, seperti partikel benda padat, berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, tetapi posisi kesetimbangan ini tidak konstan. Setelah beberapa waktu, yang disebut waktu "kehidupan menetap", molekul melompat ke posisi kesetimbangan baru pada jarak yang sama dengan jarak rata-rata antara molekul tetangga.

Mari kita hitung jarak rata-rata antara molekul cair. Anda dapat membayangkan secara mental seluruh volume cairan dibagi menjadi kubus kecil yang identik dengan tepi 8. Biarkan, rata-rata, ada satu molekul di setiap kubus. Dalam hal ini, 5 dapat dianggap sebagai jarak rata-rata antara molekul cair. Volume cairan adalah V = 3 N, di mana N adalah jumlah total molekul cairan. Jika n adalah konsentrasi molekul (jumlah molekul dalam 1 m 3), maka N \u003d nV. Dari persamaan tersebut kita peroleh

Agar molekul cair dapat melompat dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya, ikatan dengan molekul di sekitarnya harus diputuskan dan ikatan dengan tetangga baru harus terbentuk. Proses pemutusan ikatan membutuhkan pengeluaran energi E a (energi aktivasi) yang dilepaskan selama pembentukan ikatan baru. Transisi molekul seperti itu dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang lainnya adalah transisi melalui penghalang potensial dengan ketinggian E a. Molekul menerima energi untuk mengatasi penghalang potensial karena energi dari gerakan termal molekul tetangga. Ketergantungan waktu relaksasi pada suhu cairan dan energi aktivasi dinyatakan dengan rumus berikut dari distribusi Boltzmann (lihat 2.4).

Dimana 0 adalah periode osilasi rata-rata molekul di sekitar posisi kesetimbangan.

Mengetahui perpindahan rata-rata molekul, yang sama dengan jarak antara molekul , dan waktu rata-rata , kita dapat menentukan kecepatan rata-rata pergerakan molekul dalam cairan:

Kecepatan ini kecil dibandingkan dengan kecepatan rata-rata molekul dalam gas. Jadi, misalnya, untuk molekul air 20 kali lebih kecil daripada molekul uap pada suhu yang sama.

Tegangan permukaan

Pada antarmuka cairan dan uap jenuhnya, dua cairan yang tidak dapat bercampur, cairan dan padatan, timbul gaya karena berbagai interaksi antarmolekul dari media yang berdekatan.

Setiap molekul yang terletak di dalam volume cairan secara seragam dikelilingi oleh molekul tetangga dan berinteraksi dengan mereka, tetapi resultan dari gaya-gaya ini adalah nol. Karena ketidakhomogenan lingkungan, sebuah molekul yang terletak di dekat batas dua media dipengaruhi oleh gaya yang tidak dikompensasi oleh molekul lain dari cairan. Oleh karena itu, untuk memindahkan molekul dari volume ke lapisan permukaan, harus dilakukan kerja.

Tegangan permukaan (koefisien tegangan permukaan) ditentukan oleh rasio kerja yang dikeluarkan untuk menciptakan permukaan cairan tertentu pada suhu konstan dengan luas permukaan ini:

Kondisi kesetimbangan cairan yang stabil adalah energi minimum dari lapisan permukaan, oleh karena itu, dengan tidak adanya gaya eksternal atau dalam keadaan tanpa bobot, cairan cenderung memiliki luas permukaan Minimum untuk volume tertentu dan berbentuk a bola.

Tegangan permukaan dapat ditentukan tidak hanya dengan energi. Keinginan lapisan permukaan cairan untuk menyusut berarti adanya gaya tangensial di lapisan ini - gaya tegangan permukaan. Jika Anda memilih segmen dengan panjang l pada permukaan cairan (Gbr. 7.8), maka Anda dapat menggambarkan gaya-gaya ini secara kondisional dengan panah yang tegak lurus terhadap segmen tersebut.