Ava peamenüü
Liuskurlased püsivad veepinnal tänu pindpinevusele
Selles katses lõigata veetilka toimivad pindpinevus ja hüdrofoobsus
Pindpinevuse katseline tõestamine seebi abil
Veetilkade moodustumises osalevad pindpinevus, kohesioon, Van der Waalsi jõud ja Plateau-Rayleigh' ebastabiilsus
Vesi kaldub tilkuma

Pindpinevus on molekulaarjõududest tingitud pinnanähtus, mille puhul vedeliku pinnakiht käitub nagu kergelt pingul olev elastne kile (kuid pinge ei sõltu venimisest).

Paarituvad vesiliuskurlased kasutavad pindpinevust

Õhuga kokkupuutuva vedeliku pinnamolekulid mõjutavad üksteist tõmbejõududega, mis on suunatud piki pinda ja püüavad pinna suurust vähendada. Põhjuseks on see, et vedeliku molekulid tõmbuvad (kohesiooni tõttu) üksteise poole tugevamini kui (adhesiooni tõttu) õhu molekulide. Nii tekib vedeliku pinnal sissepoole suunatud resultantjõud. (Seevastu vedeliku sees olevale molekulile mõjuvad jõud on tasakaalus.) Selle jõu tõttu pinnamolekulid lähenevad üksteisele ning tekib kiht, mis paneb vastu venitamisele ja lõhkumisele. Seda, et pindpinevusjõud mõjub pinnaga paralleelselt, näitavad arvukad mõõtmismeetodid ja efektid, näiteks raamimeetod, kapillaarsus ja kontaktnurk.

Pindpinevuse tõttu väikesed kehad "ujuvad" vedeliku pinnal, sest keha ei suuda vedeliku pinnakihti lõhkuda. Kui keha on vedeliku pinnal, siis pind käitub nagu elastne kile.

Et vee molekulide vahel on vesiniksidemete tõttu suhteliselt suur külgetõmme, siis on veel suurem pindpinevustegur (72,8 mN/m temperatuuril 20 °C) kui enamikul teistel vedelikel (elavhõbedal on see suurem, puhastest ainetest kõige suurem). Vee pinnakiht, mida pindpinevus koos hoiab, tekitab õhu ja vee vahele barjääri.

Pindpinevusel on oluline osa kapillaarsuse tekkes.

Vasakul: veetilga läbilõige. Kõverdatud kohal on näidatud pindpinevusjõu suund. Paremal: Pindpinevuse tulemus. Tõmbe tõttu vedeliku pinnal on tilk võtnud kera kuju

Sisukord

PindpinevustegurRedigeeri

  Pikemalt artiklis Pindpinevustegur

Pindpinevusteguri mõõtühik SI-süsteemis on njuuton meetri kohta, mille tähis  . Njuuton meetri kohta võrdub pindpinevusjõuga, mille tekitab vedeliku vaba pinna 1 meetri pikkusele piirjoonele pinna puutuja sihis mõjuv jõud 1 njuuton. Samaväärne mõõtühik on kilogramm sekundi ruudu kohta (kg/s²).

Pindpinevusteguri dimensioon on jõud ühikpikkuse kohta või energia ühikpindala kohta. Need on samaväärsed, aga viimasel juhul räägitakse tavaliselt pinnaenergiast, mis käib ka tahkiste kohta.

Suuruse tähis on σ või γ.

PõhjusedRedigeeri

 
Vedeliku molekulidele mõjuvate jõudude skeem

Kohesiooni tõttu tõmbub vedeliku molekul võrdselt kõigi ühesuguste naabermolekulide poole, mistõttu tõmbejõud tasakaalustavad üksteist ja resultantjõud on null. Pinnamolekulide naabruses ei ole igas suunas ühesugused molekulid ja seetõttu nad tõmbuvad sissepoole. Nii tekib siserõhk, mille tõttu vedeliku pind omandab minimaalse pindala.

Ühesuguste molekulide vahelisi tõmbejõude nimetatakse kohesioonijõududeks, erisuguste molekulide vahelisi tõmbejõude nimetatakse adhesioonijõududeks. Kui kohesioon on adhesioonist tugevam, siis vedelik omandab kumera meniski (nagu elavhõbe klaasanumas). Kui adhesioon on tugevam, siis vedeliku pind muutub nõgusaks (nagu vesi klaasis).

Pindpinevuse molekulaarteooriaRedigeeri

 
Lennardi-Jonesi potentsiaali sõltuvus kaugusest r. Skemaatiline esitus

Ettekujutus puuduvatest vedelikumolekulidest pinna kõrval viib intuitiivselt oletusele, et pindpinevusjõud mõjub vedeliku pinna suhtes vertikaalselt. Ent see ei ole kooskõlas pindpinevusteguri mehaanilise definitsiooniga. Et mehaanilist definitsiooni termodünaamilisega kooskõlla viia, tuleb võtta arvesse, et vedeliku sees mõjuvad molekulile nii tõmbejõud kui ka tõukejõud. Kui tahkises mõjuvad lokaalselt kas tõmbe- või jõud, sest osakesed paiknevad kindlatel kohtadel, siis vedelikus on molekulid liikuvad. Vedeliku molekulide vahelised kaugused saavad muutuda ning seetõttu saavad vedelikuosakesele mõjuda tõuke- ja ka tõmbejõud. Seda asjaolu saab näitlikustada Lennardi-Jonesi potentsiaaliga. See kirjeldab üldiselt kahe neutraalse osakese vahelist potentsiaali sõltuvuses nende kaugusest. Kui osakesed puutuvad kokku väikestel kaugustel, siis nad tõukuvad, suurematel kaugustel nad aga tõmbuvad.

Pindpinevuse näiteidRedigeeri

Vee peal kõndimineRedigeeri

Väikesed putukad, näiteks liuskurlased, saavad vee peal kõndida, sest nende kaalust ei piisa pinnast läbitungimiseks.

Nõela ja kirjaklambri ujumineRedigeeri

 
Vee pindpinevus kannab kirjaklambrit

Märgamata kehad saavad vedeliku pinnal ujuda, kui nende kaalust ei piisa pindpinevuse ületamiseks.

Nõela saab panna vee peale ujuma, kuigi nõel on veest mitu korda tihedam. Kui veepind liikuma panna, siis pindpinevus väheneb ja nõel upub.

Veepinnale pandus kirjaklamber ei märgu või märgub osaliselt, vajub veepinnast pisut madalamale, kuid võtab veepinna kaasa.

Telgi veekindlusRedigeeri

Telk on sageli veekindel sellepärast, et vee pindpinevus tekitab telgiriide peene koe avade vahele sillad. Kui riiet näpuga katsuda, siis veekiled purunevad ja riie hakab sellest kohast läbi tilkuma.

KollatõvetestRedigeeri

Normaalse uriini pindpinevustegur on umbes 66 dyn/cm, kuid kui see sisaldab sappi, langeb pindpinevustegur umbes 55 dyn/cm-ni. Hay testis raputatakse uriini pinnale väävlipulbrit. Kui uriin on normaalne, jääb pulber pinnale; kui uriin sisaldab sappi, vajub pulber uriini sisse.

DesinfitseerimisvahendidRedigeeri

Desinfitseerimisvahendid on tavaliselt väikese pindpinevusega lahused. See võimaldab neil läbida bakteri rakuseina.

PesemineRedigeeri

  Pikemalt artiklis Pesemine

Seebid ja detergendid vähendavad vee pindpinevust, nii et vesi pääseb kergemini pooridesse ja määrdunud kohtadesse. Piisab väikesest pindaktiivse aine (detergendi kogusest, et pindpinevust tunduvalt vähendada.

Sooja veega pestakse peamiselt sellepärast, et soojal veel on tunduvalt väiksem pindpinevus. Detergendi abil on võimalik sama efekt saavutada ka külma veega.

MullidRedigeeri

  Pikemalt artiklis Mull

Vee pindpinevuse tõttu tekivad vees õhumullid. Et pind püüab võtta vähimat pindala, on mullid kerakujulised.

TilgadRedigeeri

  Pikemalt artiklis Tilk

Ka peaaegu kõigi vedelike tilgad võtavad pindpinevuse tõttu ligikaudu kerakuju, kui neile ei mõju muud jõud, sealhulgas gravitatsioonijõud, näiteks kosmoses. Kerakuju minimeerib pinnakihi "seinapinget" Youngi-Laplace'i võrrandi järgi. Kui tilk ei ole kerakujuline, siis mõjub paralleelselt tinga pinnaga pinpinevusjõud, mis tasandab kõrvalekalded.

 
Veetilk damastil. Pindpinevus on nii suur, et vesi ei lähe riidest läbi

Kui tilgale mõjub teisi jõude, siis võib selle kuju kerakujust hälbida, näiteks üle 1 mm läbimõõduga vihmatilga puhul ja tilkade puhul tahkise pinnal kus mõjub ka adhesioon. Tilga kuju hälbib kerakujust ja tilk märgab tahkise pinda seda enam, mida suurem on tahkise ja vedeliku vaheline adhesioon.

MeekärgRedigeeri

Mesilaste kärjekannud on kuuetahulised. Kõigepealt ehitatakse mesilasvahast ümmargused kannud. Et taru on soe, hakkab vaha voolama ning moodustab kannude vahele tasapinnalised piirpinnad (minimaalpinnad).

UurimisluguRedigeeri

Pindpinevuse mõiste võttis kasutusele Niccolò Cabeo 1629. aastal ning 1751. aastal selgitas seda Johann Andreas von Segner.

Pindpinevuse teooriasse on väärtusliku panuse andnud Thomas Young 1805, Pierre-Simon Laplace 1806, Siméon Denis Poisson 1830 (Youngi-Laplace'i võrrand, Youngi võrrand) ning Joseph Plateau 1842–1868.

Vaata kaRedigeeri