الامارات 7 - التوتر السطحي هو خاصية فيزيائية تعبر عن القوة المؤثرة التي تمنح المرونة للطبقة السطحية للسائل. هذه القوة تسمح للحشرات بالسير على سطح السوائل ولطفو المواد المعدنية الصغيرة مثل الإبر والقصدير، وتعتبر السبب الرئيسي للخاصية الشعرية.

تفسير ظاهرة التوتر السطحي
تحدث ظاهرة التوتر السطحي نتيجة لتجاذب جزيئات السائل بسبب اختلاف القوى بين الجزيئات الداخلية. ففي معظم السوائل، تكون الجزيئات متساوية في التجاذب في جميع الاتجاهات، مما يجعل محصلة القوى صفرًا. أما عند السطح، فتُسحب الجزيئات نحو الداخل بقوة أعلى من تجاذب الهواء أو السائل المجاور، مما يؤدي إلى تقليل المساحة السطحية للسائل لتحقيق أدنى طاقة ممكنة.

تُفسر الظاهرة أيضًا من خلال الطاقة: الجزيئات السطحية، التي تتصل بعدد أقل من الجزيئات مقارنة بالجزيئات الداخلية، تمتلك طاقة أعلى. ولذلك، يحاول السائل تقليل هذه الطاقة عن طريق تقليص عدد الجزيئات الموجودة على السطح، مما يؤدي إلى تقليل المساحة السطحية.

التوتر السطحي فيزيائيًا
يرمز للتوتر السطحي بالرموز σ أو γ أو T، ويعبر فيزيائيًا عن القوة المؤثرة عموديًا على طول خط القوة الموازية للسطح، ويقاس بوحدة نيوتن لكل متر. في الديناميكا الحرارية، يُعرف التوتر السطحي بأنه الشغل المبذول لوحدة المساحة.

العوامل المؤثرة في التوتر السطحي
نوع السائل: بعض السوائل لديها توتر سطحي أعلى من غيرها.
درجة الحرارة: كلما ارتفعت درجة حرارة السائل، يقل التوتر السطحي. وعند درجة الغليان، يختفي التوتر السطحي تمامًا.
قياس التوتر السطحي
يتم قياس التوتر السطحي باستخدام الأنابيب الشعرية، حيث يُقاس ارتفاع السائل داخل الأنبوب. يُحسب نصف قطر الأنبوب الشعرية باستخدام العلاقة التالية:
(T = 2/dgr(h + 1/3r
حيث إن:

T: التوتر السطحي للسائل
d: كثافة السائل
g: الجاذبية الأرضية
h: ارتفاع السائل داخل الأنبوب الشعري
r: نصف قطر الأنبوب