Kohezní síla

Z Multimediaexpo.cz

Povrchové napětí a kapilární jevy (krajový úhel, kapilární elevace a deprese) lze považovat za důsledek vzájemného působení přitažlivých sil, které působí mezi molekulami, tzv. kohezních (soudržných) sil. Někdy bývají také nazývány molekulárními silami. Hovoří se také o kohezi neboli soudržnosti materiálu. Přilnavost materiálů různého druhu se označuje jako adheze. Podstatu kohezních sil si částečně vysvětlujeme elektrostatickým přitahováním a odpuzováním molekul, avšak plný výklad podává až kvantová fyzika.

Molekulární působení

Na každou částici (molekulu) kapaliny působí sousední částice přitažlivými silami. Působení těchto přitažlivých kohezních sil je pouze krátkého dosahu, neboť vzájemné působení klesá mnohem rychleji než s druhou mocninou vzdálenosti (jako např. u gravitačního pole). Přitažlivé působení každé částice je tak možné omezit na velmi malý kulový prostor, v jehož středu se nachází uvažovaná částice. Tento prostor se nazývá sféra molekulárního působení a jeho poloměr \(\rho\) se označuje jako poloměr molekulárního působení.

Rozložme každou molekulární přitažlivou sílu, která působí na vybranou molekulu na složku rovnoběžnou s povrchem kapaliny (horizontální) a složku, která je k povrchu kapaliny kolmá (vertikální). Pokud předpokládáme rovnoměrné rozložení molekul v kapalině, potom se složky horizontální vzájemně vyruší, neboť v obou polovinách sféry (pravé i levé) můžeme předpokládat přibližně shodný počet molekul. Tyto vodorovné složky samozřejmě vytvářejí určité napětí, které má u molekul na povrchu kapaliny charakter povrchového napětí. Vertikální složky se vyruší jen pokud se sféra molekulárního působení nachází celá uvnitř kapaliny, tzn. pokud je vzdálenost částice od povrchu kapaliny větší než \(\rho\) (viz obr. a). Pokud je však vzdálenost od povrchu menší, je ve vertikálním směru rozložení částic kapaliny nesymetrické, což má za následek, že síly nebudou vyrovnány a výsledná síly bude nenulová a orientovaná do kapaliny (viz obr. b). Se zmenšující se vzdáleností od povrchu tato síla roste a maximální hodnoty dosáhne pro molekuly, které se nachází právě na povrchu kapaliny (viz obr. c).

Kohezní tlak

V důsledku působení kohezních sil je tlak na povrchu menší než uvnitř kapaliny a jeho velikost roste se vzdáleností od povrchu kapaliny, přičemž maximální hodnoty dosahuje ve vzdálenosti \(\rho\). Tento celkový vzrůst tlaku se nazývá kohezním tlakem. Není-li povrch kapaliny vodorovný, vzniká v důsledku jeho zakřivení dodatečný tzv. kapilární tlak.

Měření

Kohezní tlak nelze přímo měřit, ale lze jej pouze odhadnou na základě teoretických podkladů. Značné hodnoty kohezního tlaku (až kolem \(10^9 \mbox{Pa}\)) souvisí s nízkou stlačitelností kapalin.

Související články

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010