表面張力

表面張力

表面張力とは、最も表面を小さくする液体の特徴です。

物理

キーワード

表面張力, 毛管作用, 毛細血管, 凝集, 接着, 濡れ, 水銀, 水滴, 池のスケーター, メニスカス, 液体, 粒子, 水面, 水分子, 昆虫, 密度, 物理, 球

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シーン

凝集力

  • 水滴 - 固体状の物質に接しない水滴の表面が最も小さくなるため、球体になっています。

液体の分子が互いを引き付けるため表面張力が発生します。同じ粒子の間の引力を凝集力と呼ばれています。液体の中の凝集力が相殺するため、内部の分子が低エネルギー状態を保ちます。しかし、液体の表面に働く凝集力が相殺されないので、境界にある分子が高エネルギー状態にあります。前述の理由により、最小エネルギーの原理を基づいて、境界にある分子が常に液体の中へ押されます。その結果として、液体が可能な限り最小の表面を保ちます。この原理のため、落ちている水滴が球体です。

固体表面と液体の間に行われる表面波張力の現象は複雑になります。固体表面の分子と液体の分子の間の引力接着力と呼ばれています。

濡れは液体と固体の間に発生する現象であり、その大きさは液体の分子の間の凝集力と接着力の強さによります。この力が強い場合は、液体が固体の表面で広がります。所謂、濡れ可能です。接着力が弱い場合は、固体の表面に接する液体の表面が小さくなり、濡れが行われません。水銀濡れない液体です。

液体の濡れが薄い管である毛細管で取る動きによります。これらの中には液体が連通管に関する法則の通りに流れません。液体は同等の水位にならず、毛細管現象が観察できます。水を含む毛細管には毛管上昇が行われ、水銀が入っている毛細管では毛管下降が見られます。

毛管上昇が液体が毛管の壁を濡らし、管と液体の間の接着力が水分子の間の凝集力より強い時に行われます。接着力の方が弱いと、毛管下降が見られます。

表面張力と毛細管現象は自然でも重要な役割があります。例えば、アメンボは表面張力がなかったら水の表面を走ることができません。これらの昆虫の脚が表面が少ない細かい毛で覆われています。このように脚が濡れないようになります。表面張力のため、水の表面がのように働き、アメンボの重量を支えられ、アメンボの脚の下に小さな水の凹みができます。これらの凹みを押して、アメンボが90cm/sの速度まで加速できます。

毛細管現象は植物の輸送系でも見られます。この現象により、植物の木部導管が根から植物の上部にを送ることができます。

接着力

  • 水滴
  • ガラス

濡れ

  • 水滴
  • 水銀の滴
  • ガラス

毛細管現象

  • - 水がガラスの表面を濡らしますので、コップにある水が重力に反して毛管に上昇します。
  • 水銀 - 水銀はガラスの表面を濡らさないので、コップにある水銀の水位は毛管の方が低くなります。
  • ガラス毛管

アニメーション

  • 水滴 - 固体状の物質に接しない水滴の表面が最も小さくなるため、球体になっています。
  • 水滴
  • 表面にある水分子 - 液体の中から隣の粒子に引き付けられる粒子です。表面にある分子が中の方に動こうとする働きにより表面張力が発生します。
  • 中にある水分子 - 隣の粒子により、各方向から引き付けられます。
  • 水滴
  • ガラス
  • 水滴
  • 水銀の滴
  • ˂90°
  • ˃90°
  • 接触角 - 固体表面が液体、または気体空間に接する場所で測れらます。液体は固体物質の表面をどのくらい濡れるかということを示します。接触角は90°より小さい場合は、液体は固体表面を濡らしますが、90°より大きい場合は濡れが行われます。
  • ガラス
  • - 水がガラスの表面を濡らしますので、コップにある水が重力に反して毛管に上昇します。
  • 水銀 - 水銀はガラスの表面を濡らさないので、コップにある水銀の水位は毛管の方が低くなります。
  • ガラス毛管
  • - 水がガラスの表面を濡らしますので、コップにある水が重力に反して毛管に上昇します。
  • 水銀 - 水銀はガラスの表面を濡らさないので、コップにある水銀の水位は毛管の方が低くなります。
  • 凹面の メニスカス
  • 凸面の メニスカス
  • アメンボ - 池、湖、流れが遅い川の表面に生息します。動きが速いアメンボは水に落ちてきた昆虫を餌にします。
  • - アメンボの脚を覆う毛は水表面に接する場所が非常に小さいので、脚と水の間に接着力が弱化されます。アメンボの脚の濡れが弱い接着力のため、防止されます。

アメンボ

  • アメンボ - 池、湖、流れが遅い川の表面に生息します。動きが速いアメンボは水に落ちてきた昆虫を餌にします。

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