LA TENSIONE SUPERFICIALE

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Le lamine liquide sono contrattili ed assumono la superficie minima compatibilmente con i vincoli e le forze esterne applicate, cioè l'energia potenziale superficiale relativa alla configurazione di equilibrio è, come nel caso della meccanica, minima.
L'allargamento di un liquido su un altro o il raccogliersi in gocce sono conseguenze della ricerca della configurazione di minore energia superficiale. Prendiamo il caso della superficie di separazione liquido-vuoto. La molecola di liquido è sottoposta all'azione attrattiva delle molecole circostanti, azione che diminuisce rapidamente con la distanza e si può ritenere sostanzialmente nulla ad una distanza r (100 - 1000 volte più grande del raggio molecolare) dipendente dal tipo di molecola ma comunque dell'ordine di grandezza del micrometro, detto raggio della sfera d'azione molecolare.

molecole superficiali

Nella figura la molecola O1, la cui sfera d'azione molecolare r è interna al liquido, attira ed è attirata simmetricamente da tutte le molecole che la circondano.
Molecole come O3 ed O4 che appartengono ad una lamina superficiale di liquido vengono attirate dalle molecole sottostanti ( sopra esse non ce ne sono ) : la risultante delle forze di coesione delle molecole è F ed è crescente man mano che la molecola si avvicina alla superficie del liquido.
Nei liquidi la formazione delle gocce è dovuta appunto al fatto che lo strato di molecole superficiali viene attirato verso il centro della goccia dalle forze di coesione, che comprimono la goccia.

Per calcolare la pressione di coesione p (relativa alla forza di coesione diretta verso il centro della goccia) dobbiamo considerare il lavoro necessario per portare in superficie una molecola interna : sarà necessario vincere la forza F(m) ( forza media di coesione ) per un tratto r ( raggio d'azione ). Il lavoro che serve ad aumentare la superficie di 1 cm² sarà circa :

1/2 F(m)*r

perché parte delle molecole portate verso l'esterno resteranno a formare la parte interna della pellicola. Il lavoro per unità di superficie (ricordando che p = F/A):

1/2 p*r

ed essendo gamma il lavoro per unità di superficie si ha

p=2*(gamma/r)

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