![]() |
יש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט ב דף השיחה.
| |
מתח פנים הוא מושג בתחום הפיזיקה המתאר את התנהגות פני השטח של נוזלים כיריעה אלסטית, השואפת לפני שטח מינימליים. מושג זה מאפשר בין השאר, הסבר של תופעות המוכרות לכולנו בחיי היום יום - החל מבועות סבון, תנועת חרקים מסוימים על פני המים, וכלה באפקט צ'יריוס.
מתח פנים הוא תוצר ישיר של הכוחות הפועלים בין המולקולות של הנוזל. אם נדמיין מודל של טיפת מים, ונתבונן במולקולה פנימית, נראה כי היא נמשכת בכוח שווה על ידי המולקולות שסביבה כך שמאזן הכוחות הפועלים עליה הוא אפס. לעומת זאת אם נבחן מולקולה הנמצאת על פני השטח של טיפת המים, המולקולות הפנימיות מפעילות עליה כוחות כלפי פנים, והכוח היחיד המאזן אותם הוא התנגדות הנוזל לדחיסה (יש השפעה גם לסביבה שבה נמצאת הטיפה, אך במקרה של אוויר שצפיפותו קטנה ביחס לצפיפות המים, כוח זה זניח).
מתח פנים מיוצג על ידי האותיות היווניות σ או γ או על ידי האות האנגלית T ומוגדר ככוח הפועל לאורך קו הנמדד ביחידות של ניוטון למטר (N/m). לפי יחידות מתח הפנים ניוטון למטר (N/m) שקולות ל ג'אול למטר בריבוע (), כלומר מתח פנים הוא גם היחס בין האנרגיה של המשטח לשטח שלו.
מבחינת התרמודינמיקה, מתח פנים מוגדר כ:
כאשר G הוא האנרגיה החופשית של גיבס ו A הוא השטח.
מהגדרה זו ניתן לפתוח את נוסחת קלווין הראשונה ולקבל את האנתלפיה (סך כל האנרגיה התרמית האצורה בחומר):
בתחום זה קיימות רק נוסחאות אמפיריות :
כאשר V הוא הנפח המולרי, הוא הטמפרטורה הקריטית ו ו-k הוא קבוע מיוחד לכל נוזל.
לדוגמה, במקרה של מים:
k = 1.03 erg/°C
TC= 347.25 °C
V = 18 ml/mol
כאשר הוא קבוע לכל סוג נוזל ו- n הוא פרמטר אמפירי שערכו הוא 11/9 עבור נוזלים אורגניים.
למשל, ב-20°C מתח הפנים של המים הוא 72.75 דיון לסנטימטר.
כמות האנרגיה הנדרשת כדי להגדיל משטח נחשב את העבודה הדרושה להגדיל בועת סבון מלבנית באורך אינפיטיסמלי המסומן dx:
כמות השטח המוגדל היא , ומכאן שמתח הפנים יחושב:
.
הביטוי מחולק מ-2 מהסיבה שלפס חומר יש שני צדדים.
באנרגיית הקוהזיה, האנרגיה המשתחררת בהתחברות משטחית של שני נוזלים (מאותו סוג) על פני יחידת שטח, קטן השטח של שני הגופים ביחידת שטח. אנרגיית הקוהזיה שווה לפעמיים מתח הפנים על יחידת השטח הנ"ל. אנרגיית האדהזיה מתארת תופעה דומה בין שני נוזלים מסוגים שונים.