ความตึงผิว

ความตึงผิว

คือ แรงต่อความยาวของผิวสัมผัส (ความพยายามในการยึดผิวของของเหลว)

แรงตึงผิว
ในของไหลทุกชนิดจะมีคุณสมบัติของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล 2 ชนิด คือ
1. แรงยึดติด (cohesion force) คือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของไหลชนิดเดียวกันแรงนี้สามารถรับความเค้นดึง (tensile stress) ได้เล็กน้อย
2. แรงเกาะติด (adhesion force) คือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของไหลกับสารชนิดอื่น เช่น น้ำกับแก้ว ปรอทกับแก้ว เป็นต้น
แรงตึงผิว คือแรงที่เกิดขึ้นบริเวณที่ผิวของของไหลสัมผัสกับของไหลอื่นหรือกับผิวของแข็งโดยมีพลังงานเพียงพอต่อการยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ซึ่งมีขนาดสัมพัทธ์กับแรงยึดติดและแรงเกาะติดทำให้เกิดเป็นลักษณะคล้ายๆ กับแผ่นบางๆ ที่สามารถต้านแรงดึงได้เล็กน้อย
แรงตึงผิวมีค่าเฉพาะที่เปลี่ยนแปลงได้ตามชนิดของของไหล เช่น ที่อุณหภูมิ 20 C มีหน่วยแรงตึงผิวของของไหลชนิดต่างๆ นอกจากนี้แรงตึงผิวยังเปลี่ยนแปลงได้ตามอุณหภูมิ กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงยึดเหนี่ยวในโมเลกุลของของไหลน้อยลง ทำให้แรงตึงผิวมีค่าน้อยลง เช่น หน่วยแรงตึงผิวของน้ำที่อุณหภูมิ 0 C ถึง 100 C อิทธิพลของแรงตึงผิวมีบทบาทต่อปัญหาทางชลศาสตร์บางลักษณะดังนี้


1. การเกิดหยดของไหล ( droplet ) เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นกับของไหลที่มีขนาดเล็กและอยู่อย่างอิสระ เช่น เม็ดของของไหลในบรรยากาศ หรือเม็ดของของไหลที่เกิดจากหัวฉีดที่ฉีดของไหลออกมาเป็นฝอยหรือละอองเล็กๆ หรือเม็ดของของไหลที่เกาะตามใบไม้ ซึ่งอิทธิพลของแรงตึงผิวจะพยายามปรับรูปร่างให้เม็ดของของไหลมีลักษณะเป็นรูปทรงกลม ทำให้แรงดันในหยดของไหลมากขึ้น เพื่อให้เกิดแรงต้านแรงตึงผิว เป็นผลให้หยดของไหลคงสภาพอยู่ได้อย่างสมดุลถ้าพิจารณาหยดของไหลทรงกลมที่มีรัศมี r และความดันภายในหยดของไหล P โดย
แรงดันภายในหยดของไหล = Ppr 2 1.21
แรงตึงผิว = 2prs 1.22


2. คาพิลลาริตี้ ( capillarity ) คือปรากฏการณ์ที่ของไหลซึ่งสัมผัสกับวัตถุแล้วมีลักษณะสูงขึ้นหรือต่ำลง เนื่องมาจากอิทธิพลของแรงยึดติดและแรงเกาะติด เช่น บริเวณที่น้ำสัมผัสกับผิวแก้ว จะมีระดับน้ำสูงขึ้นเล็กน้อย เพราะแรงเกาะติดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับโมเลกุลของแก้วมีมากกว่าแรงยึดติดระหว่างโมเลกุลของน้ำ แต่ถ้าเป็นบริเวณที่ปรอทสัมผัสกับผิวแก้ว ระดับปรอทจะต่ำลงเล็กน้อย เนื่องจากยึดติดระหว่างโมเลกุลของปรอทมีมากกว่าแรงเกาะติดระหว่างโมเลกุลของปรอทกับโมเลกุลของแก้ว
เมื่อนำหลอดแก้วขนาดเล็กที่มีรัศมี r จุ่มลงในของไหลที่มีแรงเกาะติดมากกว่าแรงยึดติด จะเห็นของไหลสูงขึ้นเป็นระยะ h โดยของไหลมีหน่วยแรงตึงผิว s ทำมุม θ กับแนวดิ่ง