Pindpinevustegur

Pindpinevustegur (tähis σ või γ) on pindpinevust iseloomustav suurus, mis näitab, kui suur jõud hoiab koos vedeliku pinnakihi ühikulise pikkusega piirjoont (mehaaniline definitsioon) või kui palju tööd tuleb teha selle pinnakihi pindala suurendamiseks ühe ühiku võrra (termodünaamiline definitsioon).

Pindpinevusteguri mõõtühik SI-süsteemis on vastavalt njuuton meetri kohta (N/m) või džaul ruutmeetri kohta (J/m2).

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

Pindpinevustegur sõltub vedeliku omadustest ja temperatuurist ning sellest, missuguse gaasilise keskkonnaga on vedelik kokkupuutes.[1]

Definitsioonide selgitusedRedigeeri

 
Vedelik raamis

Mehaaniline definitsioonRedigeeri

Mehaanilist definitsiooni saab selgitada raami abil laiusega  , millele on tõmmatud vedelikukile. Kui vedelikukile tõmmatakse laiali jõuga   paralleelselt pinnaga ja risti laiusega   pikkuse   võrra, tehakse kilega töö   ja pindala kasvab   võrra (tegur 2 tuleb sellest, et kilel on esi- ja tagakülg).

Pindpinevustegur

 ,

seega jõud pikkuse kohta, mis on suunatud paralleelselt vedeliku pinnaga.

Termodünaamiline definitsioonRedigeeri

Termodünaamiline ettekujutus pindpinevusest kui energiast pindala kohta pärineb pildist, mille järgi vedeliku pinnal on vedeliku molekulide sümmeetria rikutud. Vedeliku molekulide puudumist vertikaalsuunas vedeliku pinnaga ning seega "puuduvat" seoseenergiat peab korvama positiivne energia  . Vedeliku pinna suurendamiseks on tarvis energiat, kusjuures pindpinevustegur   on defineeritud kui energia, mida on tarvis vedeliku pinna suurendamiseks ühe pindalaühiku võrra. Seega

 ,

millega on näidatud "puuduva seoseeneeergia" ettekujutuse seost mehaanilise definitsiooniga.

Sellest näitlikust tõlgendusest ei piisa siiski pindpinevusteguri termodünaamiliseks defineerimiseks. Selle definitsiooni jaoks lähtutakse vaba entalpia   diferentsiaalist konstantsel temperatuuril   ja konstantsel rõhul  , mida kirjeldab võrrand (1), kus   on entalpia,   on temperatuur ja   on entroopia.

 

Selle võrrandi saab ümber kirjutada, asetades sellesse entalpia definitsiooni   ning arvestades, et  .

 

Siseenergia avaldatakse kujul  , kus   on tehtud töö. Soojushulga puhul kehtib  . Sellest järeldub:

 

Töö avaldise saab lahutada ruumalatööks   ja mitteekspansiivseks tööks  .

 

Konstantsel temperatuuril ja konstantsel rõhul vastab vaba entalpia diferentsiaal mitteekspansiivsele tööle. Seda avaldist saab nüüd seostada pindpinevusteguriga  . Et tööd kulutatakse ainult vedeliku pinna suurendamisele, siis vastab see avaldisele  . Et nüüd pindpinevustegur on defineeritud kui töö pindalaühiku kohta, tuleb arvesse võtta veel vedeliku pindala  . Siit järeldub:

 

Pindpinevustegur on seega termodünaamiliselt defineeritud kui vaba entalpia osatuletis pindala järgi konstantsel temperatuuril ja konstantsel rõhul.

Mõnede ainete pindpinevustegur (vedeliku ja õhu piirpinnal)
Aine Temperatuur °C Pindpinevustegur
mN/m
Atsetoon 20 23,7
Elavhõbe 20 486,5
Etüülalkohol 20 22,8
Glütseriin 20 59,4
Keedusoola 6.0M vesilahus 20 82,55
Lämmastikhape 70 % 20 59,4
Nafta 20 26
Seebilahus 20 43
Tina 400 518
Vesi 20 72,8
Äädikhape 20 27,8

Vaata kaRedigeeri

ViitedRedigeeri

  1. ENE 7. köide, 1994