भूतल तनाव: इससे संबंधित 7 महत्वपूर्ण कारक

सामंजस्य और आसंजन

सबसे पहले हम सतह तनाव अध्ययन में उपयोगी कुछ शब्दों को समझने की कोशिश करते हैं। तरल में सामंजस्य जैसे गुण होते हैं। एकजुटता एक संपत्ति है जिसमें तरल का एक अणु एक और निकट अणु को आकर्षित करता है। आसंजन एक ऐसी संपत्ति है जिसमें तरल अणु ठोस सतह के संपर्क से आकर्षित होते हैं। संक्षेप में, हम कह सकते हैं कि समान अणुओं के बीच बल सामंजस्य है और असमान अणुओं के बीच बल आसंजन है।

एक उदाहरण लेते हैं।

यदि हम किसी भी सतह पर पारे की बूंद को गिराते हैं, तो यह छोटी बूंद में बनने की कोशिश करता है क्योंकि आसंजन बल से अधिक होता है। आपको एक सूचना मिलेगी कि पारे की बूंद ठोस सतह पर नहीं चिपकी है। बुध ठोस सतह से दूर रहने की कोशिश करेगा; यह ठोस सतह को गीला नहीं करेगा।

अब चलो एक और उदाहरण लेते हैं यदि हम विचार करते हैं कि पानी के कण सतह पर आते हैं। यह सभी ठोस सतह पर फैल जाएगा। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि चिपकने वाला बल उस मामले में कोएसिव बल से अधिक महत्वपूर्ण होता है। तरल और ठोस सतह के बीच संपर्क का कोण सतह के गीला और गैर-गीलाकरण का वर्णन कर सकता है।

सतह तनाव
गीला और तरल का गैर-गीला करना श्रेय हिसोकी

उपरोक्त आकृति को तरल गैस और ठोस सतह के इंटरफ़ेस से देखें जहाँ तरल 90 डिग्री (। / 2) से कम है, वहां ठोस सतह होगी। कोण घटने के साथ सतह का गीलापन बढ़ रहा है। यदि कोण 90 डिग्री से अधिक है, तो तरल ठोस सतह को गीला नहीं करेगा। कोण सतह की प्रकृति, तरल के प्रकार, ठोस सतह और स्वच्छता पर निर्भर करता है।

अगर हम विचार करें कि शुद्ध पानी साफ कांच की सतह के संपर्क में आता है। उस स्थिति में कोण 0 (शून्य) डिग्री है। यदि हम पानी में अशुद्धियां जोड़ते हैं: अशुद्धियों के अलावा कोण बढ़ेगा। जैसा कि हमने चर्चा की है कि बुध गैर-गीला तरल है, इसलिए कोण 130 से 150 डिग्री तक है।

सतह तनाव

तरल में, अणु मुक्त सतह से नीचे झूठ बोल रहे हैं। तरल का प्रत्येक अणु आस-पास के अणु को आकर्षित कर रहा है। आणविक सामंजस्य बल सभी दिशाओं में समान है। सभी बल परिमाण में समान हैं और दिशा में विपरीत हैं। तो, यह तरल में रद्द हो जाएगा। यह तरल में संतुलन का कारण हो सकता है। तरल में कोई परिणामी बल मौजूद नहीं है।

मान लीजिए कि हमने तरल के सबसे ऊपरी अणुओं को एक स्वतंत्र सतह पर झूठ माना है क्योंकि हम जानते हैं कि उनके ऊपर कोई तरल अणु नहीं हैं। तो यहाँ, वे अपने नीचे पड़े तरल अणुओं से आकर्षित हो रहे हैं। यह मुक्त सतह तरल अणु तरल के बल बल आंतरिक महसूस करेंगे। यह बल लोचदार बल की तरह कार्य करता है। सतह के प्रति इकाई क्षेत्र को व्यय कहा जाता है सतह तनाव.

सतह तनाव को सिग्मा द्वारा निरूपित किया जाता है (σ) है। सतह का तनाव तरल-गैस इंटरफेस, तरल-तरल इंटरफेस में होता है। सतह के तनाव के पीछे का कारण सामंजस्य के कारण एक अंतर-संबंधी आकर्षण है।

आइए इसे कुछ व्यावहारिक उदाहरणों पर विचार करके गहराई से समझते हैं,

  • आपने एक गोलाकार आकृति की तरल बूंद देखी है। इसके गोलाकार आकार के पीछे का कारण सतह तनाव है।
  • आप देख सकते हैं कि अगर हम गिलास के अंदर पानी डालते हैं। भले ही गिलास भरा हो, फिर भी हम कांच की सीमा के ऊपर थोड़ा पानी डाल सकते हैं।
  • मान लीजिए हम पानी की सतह पर एक पतली कांच की ट्यूब के साथ प्रयोग करेंगे। हम जल्दी से एक पतली कांच की ट्यूब के अंदर एक केशिका वृद्धि और अवसाद को नोटिस कर सकते हैं।
  • सतही तनाव के कारण पक्षी जलस्रोत का पानी पी सकते हैं।

हालांकि दबाव और गुरुत्व बल सतह तनाव बल से अधिक होते हैं, सतह की तनाव बल एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है जब मुक्त सतह और छोटे आयाम होते हैं। सतह तनाव की इकाई एन / एम है। सतह तनाव की तीव्रता निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है:

  • तरल का प्रकार
  • आसपास के राज्य गैस, तरल या ठोस का प्रकार
  • अणुओं की गतिज ऊर्जा
  • अणुओं का तापमान

यदि हम तरल जैसे पदार्थ के तापमान को बढ़ाते हैं, तो अंतर-आणविक आकर्षण कम हो रहा है क्योंकि अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है। सतह का तनाव अंतर-आणविक आकर्षण (सामंजस्य) पर निर्भर करता है। तरल के लिए सतह के तनाव का मान आसपास के माध्यम के रूप में हवा के लिए लिया जाता है,

हवा-पानी इंटरफेस के लिए सतह तनाव है 0.073 एन / एम.

बढ़ते तापमान के साथ सतह तनाव का मूल्य कम हो जाता है।

केशिका

यदि एक संकीर्ण ट्यूब को पानी में डुबोया जाता है, तो पानी एक निश्चित स्तर पर ट्यूब के अंदर बढ़ जाएगा। इस प्रकार की ट्यूब को ए कहा जाता है केशिका नली, और इस घटना को केशिका प्रभाव कहा जाता है। केशिका प्रभाव का एक अन्य नाम है मेनिस्कस प्रभाव।

केशिका प्रभाव सतह तनाव बल के कारण होता है। सामंजस्य वृद्धि और अवसाद सामंजस्य और आसंजन के कारण हो रहा है अंतर-आणविक आकर्षण। ट्यूब की सतह और एक पानी के अणु के बीच आसंजन बल पानी के अणुओं के बीच सामंजस्य बल से अधिक है। इस वजह से, पानी के अणुओं को ट्यूब की सतह पर अवतल आकार में देखा जा सकता है।

छोटे व्यास की नली में तरल का वजन या दबना

= (ट्यूब का क्षेत्र * उदय या गिरावट) * (विशिष्ट वजन)

= (4/XNUMX * डी2* ज) डब्ल्यू

सतही तनाव बल का वर्टिकल घटक

= = cosσ * परिधि

= = cosσ * .d

यदि हम संतुलन पर विचार करते हैं तो ऊपर की ओर नीचे की ओर बल को संतुलित करता है, इसलिए बल के घटक को इस प्रकार दिया जाता है,

(* / 4 * डी2 * h * w) = = cosθ * =d

H = (4 θ cosθ / wd)

केशिका 1
केशिका नली

यह एक कोण से देखा जा सकता है कि यदि कोण 0 से 90 डिग्री के बीच है, का मान h सकारात्मक, अवतल आकार का गठन और केशिका वृद्धि है। यदि कोण 90 और 180 डिग्री के बीच है, तो h नकारात्मक है, उत्तल आकार का गठन और केशिका अवसाद।

यदि तरल बुध है, तो प्रभाव पूरी तरह से विपरीत है। बुध के मामले में, आसंजन बल की तुलना में आसंजन बल अधिक महत्वपूर्ण है। इनकी वजह से बुध के अणु ट्यूब की सतह पर उत्तल आकृति बनाते हैं।

केशिका प्रभाव ट्यूब व्यास के विपरीत आनुपातिक है। यदि आप केशिका प्रभाव से बचना चाहते हैं, तो आपको एक छोटे व्यास की नली का चयन नहीं करना चाहिए। पानी के लिए न्यूनतम ट्यूब व्यास की सिफारिश की जाती है, और बुध है 6 मिमी। ट्यूब के अंदर की सतह साफ होनी चाहिए।

भाप

वाष्पीकरण को तरल से गैसीय अवस्था में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है। ऑपरेशन दर तरल के दबाव और तापमान की स्थिति पर निर्भर है।

एक उदाहरण पर विचार करें,

मान लीजिए, तरल बंद पोत के अंदर है। इस बर्तन में वाष्प के अणुओं में कुछ दबाव होता है। इसे वाष्प दाब कहते हैं। यदि वाष्प का दबाव कम होने लगता है तो अणु तरल सतह से बहुत तेजी से निकलने लगता है, इस घटना को इस रूप में जाना जाता है उबलना.

उबलते में, बुलबुले तरल के अंदर बनते हैं। यह बुलबुला उच्च दबाव वाले क्षेत्र के पास जाता है और उच्च दबाव के कारण ढह जाता है। ये ढहने वाले बुलबुले 100 वायुमंडलीय दबाव के आसपास उच्च दबाव को बढ़ा रहे हैं। यह दबाव धातु पर यांत्रिक क्षरण का कारण बनता है। आमतौर पर, इस प्रभाव को कहा जाता है गुहिकायन। कैविटेशन को देखते हुए हाइड्रोडायनामिक मशीनरी का अध्ययन और डिजाइन करना आवश्यक है।

गुहिकायन के दोनों तरफ लाभदायक और गैर-लाभकारी होते हैं। जैसा कि हम जानते हैं कि कैविटी धातु में क्षरण का कारण है, इसलिए यह गैर-लाभकारी है

कुछ नए शोध क्षेत्र हाल ही में बताते हैं कि कुछ रासायनिक और अपशिष्ट जल उपचार के लिए हाइड्रोडायनामिक कैविटेशन उपयोगी है। तो यहाँ, हाइड्रोडायनामिक कैविटेशन एक लाभकारी अवधारणा है।

तरल का वाष्प दबाव दृढ़ता से तापमान पर निर्भर करता है: यह तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है। 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, पानी का वाष्प दबाव है 0.235 एन / सेमी2। बुध का वाष्प दाब 1.72 * 10 है-5 एन / सेमी2.

अगर हम हाइड्रोलिक मशीनरी में कैविएशन से बचना चाहते हैं: हमें स्थानीय तापमान पर तरल दबाव को वाष्प के दबाव से कम नहीं होने देना चाहिए।

आपने कई बार सोचा होगा कि बुध का उपयोग थर्मामीटर और मैनोमीटर के अंदर क्यों किया जाता है। अन्य तरल क्यों नहीं?

आपका जवाब यहाँ है; उच्च घनत्व के साथ पारा वाष्प के दबाव का न्यूनतम मूल्य है। इसका पारा थर्मामीटर और मैनोमीटर में उपयोग के लिए उपयुक्त है। 

व्यास 4 मिमी की एक ट्यूब में केशिका प्रभाव का पता लगाएं। जब तरल पानी होता है

प्रश्न और उत्तर

1) सामंजस्य और आसंजन के बीच अंतर क्या है?

सामंजस्य एक ही पदार्थ के बीच अणुओं का एक आकर्षण बल है, जबकि आसंजन विभिन्न पदार्थों के अणुओं के बीच एक आकर्षण है।

2) बुध को सतह से दूर रहने की कोशिश की जाती है, क्यों?

बुध में, आसंजन बल से आसंजन बल अधिक होता है। इस वजह से, बुध को गैर-गीला तरल कहा जाता है।

3) सतह के साथ तरल के गीला और गैर-गीला करने के लिए क्या स्थिति है?

तरल गीला हो जाएगा ठोस सतह 90 डिग्री से कम है। यदि कोण 90 डिग्री से अधिक है, तो तरल ठोस सतह को गीला नहीं करेगा।

4) सतह तनाव के बारे में बताएं

मुक्त सतह पर तरल अणु उनके नीचे पड़े तरल अणुओं द्वारा आकर्षित हो रहे हैं। यह मुक्त सतह तरल अणु तरल के बल बल आंतरिक महसूस करेंगे। यह बल लोचदार बल की तरह कार्य करता है। सतह के प्रति इकाई क्षेत्र का व्यय सतह तनाव कहलाता है। सतह तनाव को सिग्मा द्वारा निरूपित किया जाता है (σ) है। सतह का तनाव तरल-गैस इंटरफेस, तरल-तरल इंटरफेस में होता है। सतह के तनाव के पीछे का कारण सामंजस्य के कारण एक अंतर-संबंधी आकर्षण है।

5) सतह तनाव के कुछ व्यावहारिक उदाहरण दें।

  • आप देख सकते हैं कि अगर हम गिलास के अंदर पानी डालते हैं। भले ही गिलास भरा हो, फिर भी हम कांच की सीमा के ऊपर थोड़ा पानी डाल सकते हैं।
  • मान लीजिए हम पानी की सतह पर एक पतली कांच की ट्यूब के साथ प्रयोग करेंगे। हम एक पतली कांच की नली के अंदर एक केशिका वृद्धि और अवसाद को आसानी से देख सकते हैं।
  • सतही तनाव के कारण पक्षी जलस्रोत का पानी पी सकते हैं।

6) सतह तनाव की इकाई क्या है?

सतह तनाव की इकाई एन / एम है।

7) मानक दबाव और तापमान पर हवा-पानी और हवा-बुध इंटरफ़ेस के लिए सतह तनाव का मूल्य दें।

हवा-पानी इंटरफेस के लिए सतह तनाव 0.073 एन / एम है।

एयर-मरकरी इंटरफेस के लिए सतह का तनाव 0.480 N / m है।

8) केशिका प्रभाव क्या है?

यदि संकीर्ण ट्यूब को पानी में डुबोया जाता है, तो पानी एक निश्चित स्तर पर ट्यूब के अंदर बढ़ जाएगा। इस प्रकार की ट्यूब को एक केशिका ट्यूब कहा जाता है, और इस घटना को केशिका प्रभाव कहा जाता है।

9) क्या केशिका प्रभाव और सतह तनाव के बीच कोई संबंध है? यदि हाँ, तो क्या?

हाँ। केशिका प्रभाव सतह तनाव बल के कारण होता है। सामंजस्य वृद्धि और अवसाद सामंजस्य और आसंजन के कारण हो रहा है अंतर-आणविक आकर्षण।

10) परिभाषित करें: उबलते, गुहिकायन

उबलना: तापमान और दबाव में परिवर्तन के कारण वाष्प के बुलबुले तरल के अंदर बनते हैं। उबलना तरल से वाष्प तक राज्य की एक बदलाव है)।

कैविटेशन: तरल के दबाव के कारण मशीनरी के अंदर वाष्प बुलबुले का गठन संतृप्त वाष्प दबाव से नीचे आता है।

बहुविकल्पी प्रश्न

1) तरल को गीला करने के लिए, संपर्क का कोण ________ होना चाहिए

(ए) 0 (बी) π <π / 2                           (c) None> π / 2 (d) कोई नहीं

2) गैर-गीला तरल के लिए, संपर्क का कोण-होना चाहिए ________

(a) 0 (b) b <) / 2 (c) π> π / 2                            (d) कोई नहीं

3) __________ के साथ भूतल तनाव मान में कमी

(ए) लगातार दबाव

(ख) तापमान में वृद्धि

(c) दबाव में वृद्धि

(d) तापमान में कमी

4) यदि मान कोण 0 और 90 के बीच है, तो केशिका प्रभाव में क्या होता है?

 (१) एच अवतल आकार के गठन के साथ सकारात्मक है

(बी) एच अवतल आकार के गठन के साथ नकारात्मक है

(c) h उत्तल आकृति निर्माण के साथ ऋणात्मक है

(डी) एच उत्तल आकार के गठन के साथ सकारात्मक है

5) थर्मामीटर और मैनोमीटर में बुध का उपयोग क्यों किया जाता है?

(ए) उच्च वाष्प दबाव और कम घनत्व

(बी) उच्च वाष्प दबाव और उच्च घनत्व

(c) कम वाष्प दाब और कम घनत्व

(डी) कम वाष्प दबाव और उच्च घनत्व

6) लगभग क्या है। गुहिकायन घटना में बुलबुले का दबाव गिरना?

(ए) लगभग 20 वायुमंडलीय दबाव

(b) लगभग 50 वायुमंडलीय दबाव

(c) लगभग 75 वायुमंडलीय दबाव

(डी) लगभग 100 वायुमंडलीय दबाव

7) 20 ° C तापमान पर पानी के वाष्प के दबाव का मान क्या है?

(a) 0.126 एन / सेमी 2

(b) 0.513 N / cm2

(ग) 0.235 एन / सेमी 2

(d) 0.995 N / cm2

8) 20 ° C तापमान पर बुध के वाष्प दाब का मान कितना है?

(ए) 1.25 * 10-5 एन / सेमी 2

(ख) 1.72 * 10-5 एन / सेमी 2

(c) 1.5 * 10-5 N / cm2

(d) 1.25 N / cm2

निष्कर्ष

यह लेख आपको सतह तनाव, केशिका प्रभाव, गुहिकायन, वाष्पीकरण और इसके प्रभावों की अवधारणा को समझने के लिए प्रस्तुत किया गया है। व्यावहारिक रूप से इसका प्रतिनिधित्व करने के लिए कुछ व्यावहारिक उदाहरण इस लेख में शामिल हैं। प्रयास किया गया था कि आप अपने दिन प्रतिदिन के जीवन के साथ द्रव यांत्रिकी अवधारणा को सहसंबद्ध बनायें।

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