FORZE MOLECOLARI E TENSIONE SUPERFICIALE
Antonio Ballarin Denti
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FORZE MOLECOLARI
Van der Waals (1837-1923)
Forze di origine elettrica risultanti da interazioni tra
cariche elettriche elementari costituenti la materia
f(r)
Forza repulsiva r < r0
Forza attrattiva r > r0
r0
r
V(r)
r0 ≈ 10-10m
Forze di coesione tra molecole entro un raggio d’azione ~ 10-7 m
TENSIONE SUPERFICIALE
Le molecole che si trovano sulla superficie di un
liquido hanno risultante ≠ 0 delle forze esercitate
dalle altre molecole e sono attratte verso l’interno
Energia potenziale
U = υV + τS
V = componente di U proporzionale a Vliquido
S = componente di U proporzionale a Sliquido
υ, τ = costanti positive caratteristiche del fluido
Se V è costante, avremo, a meno di una costante arbitraria:
U = τS
τ = τ(T) è il coefficiente di tensione superficiale
Rappresenta l’energia potenziale
del liquido per unità di superficie
dF = τ ds
Forza agente su un segmento di
superficie del liquido ds,
ad
esso e tangente alla superficie.
τH O ≈ 7
2
τ alcool≈ 2
La superficie di un liquido, se non è piana,
esercita una pressione verso l’interno.
Una bolla ad esempio ha una pressione interna > patm
=
Lavoro per aumentare
il volume della bolla
di dv = 4 πr2 dr
Lavoro dovuto alla tensione
superficiale. Il fattore 2
indica le due facce
della superficie
In generale vale la formula di Laplace:
la pressione dovuta alla tensione superficiale,
per una sola faccia della superficie, sarà
R1, R2: raggi di curvatura di una superficie sferica
Se R1≈ R2
E per le due facce:
La pressione
cresce al
calare di R
TENSIONE SUPERFICIALE: applicazioni
Filo leggero su una membrana, per esempio di acqua saponata.
rotta la membrana interna
al filo, esso assume una
forma circolare essendo
soggetto a tensioni interne
Vale:
τ31 > τ12 + τ23
Quindi una goccia d’olio su
una superficie di acqua si
stenderà sempre di più fino
a diventare molto sottile
τ31
τ12
aria
olio
τ23
acqua