La tensione superficiale è la grandezza che misura il costo energetico di aumentare l’area di un’interfaccia. Per un’interfaccia liquido-gas o liquido-liquido:
Le unità equivalenti sono:
La doppia unità riflette le due interpretazioni: energia per unità di superficie oppure forza per unità di lunghezza.
Interpretazione meccanica
Se una linea di contatto di lunghezza L viene tirata da una superficie liquida, la forza ideale associata è:
Per una lamina sottile con due superfici, come un film di sapone, la forza diventa:
Il fattore 2 non è universale: dipende dal numero di superfici che contribuiscono.
Pressione di Laplace
Una superficie curva produce un salto di pressione:
Per una goccia sferica:
Per una bolla di sapone, che ha due interfacce, il valore ideale è:
Capillarità
In un tubo capillare cilindrico, la risalita o depressione del liquido è descritta dalla capillarità:
La tensione superficiale favorisce la formazione del menisco; l’angolo di contatto \theta stabilisce se il liquido bagna la parete.
Dipendenze fisiche
| Fattore | Effetto tipico |
|---|---|
| temperatura | \displaystyle \gamma tende a diminuire aumentando T |
| tensioattivi | riducono la tensione superficiale |
| impurità | possono aumentare o diminuire \displaystyle \gamma |
| natura dell’interfaccia | interfacce diverse hanno valori diversi |
La tensione superficiale dell’acqua è relativamente alta per effetto della rete di legami a idrogeno. L’aggiunta di tensioattivi riduce \gamma e facilita schiume, emulsioni e bagnabilità.
Applicazioni
La tensione superficiale controlla gocce, bolle, schiume, emulsioni, capillarità nei pori, microfluidica, stampa a getto d’inchiostro, detergenza e processi di flottazione.
Un errore comune è usare la formula della goccia sferica per una bolla di sapone: la bolla ha due superfici e quindi, nel modello ideale, il salto di pressione è doppio.
Vedi anche: Fenomeni di superficie, Capillarità, Angolo di contatto, Flottazione, Microfluidica, Tensione superficiale e capillarità: esercizi svolti.