PNO5. "ความตึงผิว" ช่วงที่ 4

สมาชิกผู้ร่วมจัดทำ Blog...

นอกจากนี้ เรายังสามารถนำสมบัติของความตึงผิวของของเหลวมาอธิบายการเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า แคปิลลารีแอคชัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการนำหลอดแก้วเล็กๆ (หลอดแคปิลลารี) ไปจุ่มลงในของเหลวที่บรรจุไว้ในภาชนะแล้วระดับของของเหลวในหลอดแก้วสูงกว่าระดับของของเหลวในภาชนะ ทั้งๆ ที่ความดันบรรยากาศที่กระทำต่อผิวของของเหลวในหลอดแก้วและผิวของของเหลวในภาชนะเท่ากัน ดังรูปที่ 19.15

รูปที่ 19.15 ปรากฏการณ์แคปิลลารีแอคชัน

การที่เป็นเช่นนี้ เนื่องจากตรงจุดที่ของเหลวสัมผัสกับผนังหลอดแก้ว จะมีแรงกระทำ 2 แรงคือ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของของเหลวกับโมเลกุลของแก้ว ซึ่งเรียกว่า แรงเกาะติด (adhesion force, A) และแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลกับโมเลกุลของของเหลวด้วยกัน ซึ่งเรียกว่า แรงยึดติด (cohesion force, C) โดยทิศทางของแรงทั้งสองนี้ แสดงได้ดังรูปที่ 19.16

ในกรณีที่แรง A มีขนาดมากกว่าแรง C จะได้แรงลัพธ์ R มีทิศดังรูป ซึ่งแรงลัพธ์ R นี้จะกระทำต่อผิวของเหลวตรงที่สัมผัสกับหลอดแก้ว ทำให้ผิวของเหลวส่วนนี้โค้งขึ้นตั้งฉากกับแรงลัพธ์ R ด้วยแรงตึงผิวของของเหลวนั้น โดยทิศของแรงตึงผิว (F) นี้จะขนานกับผิวของเหลวส่วนโค้งขึ้น และพยายามดึงของเหลวให้ขึ้นไปในหลอดแก้ว ดังรูปที่ 19.16 และการที่ของเหลวโค้งขึ้นสัมผัสกับผนังหลอดแก้ว ถูกเรียกว่า ของเหลวเปียกผนังภาชนะ

รูปที่ 19.16 แสดงทิศทางแรงตึงผิวของของเหลวในหลอดแคปิลลารึ เมื่อมุมสัมผัส อยู่ระหว่าง 0 องศา ถึง 90 องศา

จากรูปที่ 19.16 จะเห็นได้ว่า แรงดึงของเหลวขึ้นไปในหลอดแก้วจะมีขนาดเท่ากับ F cos โดย เป็นมุมที่ผิวของเหลวสัมผัสกับผนังหลอดแก้ว ซึ่งถูกเรียกว่า “มุมสัมผัส” ในกรณีนี้ มุม จะมีค่าอยู่ระหว่าง 0 องศา ถึง 90 องศา ถ้าของเหลวถูกดึงขึ้นไปในหลอดแก้วได้สูง h ดังรูปที่ 19.15 ขณะที่ของเหลวในหลอดแก้วอยู่ในสภาพสมดุล จะได้ว่า

แรงที่ดึงของเหลวขึ้นไปในหลอดแก้ว = น้ำหนักของเหลวที่อยู่ในหลอดแก้วสูง h

โดย F คือ แรงตึงผิวของของเหลวในหลอดแก้ว
m คือ มวลของของเหลวในหลอดแก้วสูง h

แหล่งอ้างอิง : หนังสือ Concept in Physics ม.ปลาย โดย ดร. ณสรรค์ ผลโภค เรื่อง "ความตึงผิว" หน้า 483 - 485

PNO4. "ความตึงผิว" ช่วงที่ 3

PNO6. "ความตึงผิว" ช่วงที่ 5