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1. 2 Le interazioni tra molecole alla superficie di un liquido generano fenomeni come: tensione superficiale capillarità In medicina: Equilibrio alveolare.

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2 2 Le interazioni tra molecole alla superficie di un liquido generano fenomeni come: tensione superficiale capillarità In medicina: Equilibrio alveolare La lezione di oggi

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4 4 Osservazione sperimentale Un insetto cammina sullacqua come se se la superficie fosse un sottile foglio di gomma

5 5 Bolle di sapone

6 6 Goccia di liquido OSSERVAZIONE Le gocce sono sferiche OSSERVAZIONE Molecole Forze attrattive tra molecole Allinterno: risultante delle forze = 0 Equilibrio

7 7 Goccia di liquido Molecola vicino alla superficie Forza risultante diversa da 0 Tende a spingerla allinterno della goccia Devo compiere lavoro per andare verso la superficie Energia del fluido aumenta per ogni molecola spostata verso la superficie La sfera è la configurazione ad energia minima La sfera è la configurazione ad energia minima

8 8 In natura, le configurazioni ad energia minima sono favorite … tende a ritornare sferica Una goccia deformata … forza peso La forza peso dellinsetto tende a fare aumentare la superficie dellacqua forze di tensione superficiale Le forze di tensione superficiale si oppongono

9 9 Tensione superficiale ( ): definizione operativa Vista da sopra Vista laterale fil di ferro sottile pellicola di liquido Forza applicata F tende ad aumentare la superficie di liquido si oppone Ho 2 superfici in gioco

10 10 Tensione superficiale La F è applicata al fil di ferro Risultato: la superficie del liquido aumenta Porto verso la superficie di interfaccia un certo numero di molecole che erano allinterno della pellicola La forza data dalla tensione superficiale ( ) si oppone Devo compiere un lavoro Il lavoro (L) è proporzionale allaumento di superficie ( S) Definisco, operativamente: Sposto la barretta di un tratto x Ottengo una S = l. x Compio un lavoro L = F. x Attenzione: le superfici sono 2 (vedi prima) !!!

11 11 Tensione superficiale di alcune sostanze si misura in N. m -1 Sostanza Tensione superficiale (N. m -1 ) Mercurio (20 o C)0.44 Sangue intero (37 o C) Plasma (37 o C)0.073 Acqua (0 o C)0.076 Acqua (20 o C)0.072 Acqua (100 o C)0.059 Se è grande devo: Se è grande devo: Compiere L grande Compiere L grande Applicare F grande Applicare F grande

12 12 Considero mezza goccia Tensione superficiale: vettori lungo la circonferenza Pressione: vettori F perpendicolari alla superficie sferica La legge di Laplace Domanda: quali forze agiscono su una goccia ? Domanda: quali forze agiscono su una goccia ? Differenza di pressione (interno/esterno) Tensione superficiale del fluido y F pressione F tensione superficiale

13 13 La legge di Laplace Legge di Laplace per una goccia sferica Legge di Laplace per una bolla sferica Legge di Laplace per un tubo cilindrico llequilibrio: y F pressione F tens. superficiale

14 14 La tensione di vapore Liquido in equilibrio con il suo vapore (stato aeriforme intermedio tra liquido e gas) tensione di vapore Nota : Pressione di vapore = Tensione di vapore Pressione necessaria a impedire ad altro liquido di evaporare Goccia di liquido in equilibrio con il suo vapore: P = tensione di vapore

15 15 Qual è il raggio della più piccola goccia sferica di acqua che si può formare senza evaporare (confrontare: tensione di vapore) ? Condizioni a contorno acqua = N. m -1 Tensione di vapore = Pa Esercizio

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17 17 Il fenomeno della capillarità Sperimentalmente osservo: Acqua sale in un tubo di vetro ( bagna il vetro ) Forza di coesioneForza di coesione: forze tra molecole dello stesso tipo Forze di adesioneForze di adesione: forze tra molecole di tipo diverso Acqua + Vetro: Adesione > Coesione Acqua + Vetro: Adesione > Coesione Mercurio + Vetro: Adesione < Coesione Mercurio + Vetro: Adesione < Coesione Mercurio scende in un tubo di vetro ( non bagna il vetro ) menisco

18 18 Il fenomeno della capillarità < 90 o > 90 o

19 19 Il fenomeno della capillarità Visto dallalto. l vale 2 r F F F

20 20 Il fenomeno della capillarità F capillarita deve bilanciare il peso del liquido sollevato

21 21 La legge di Jurin Altezza della colonna di liquido, fino al menisco (superficie curva) h Con = 90 o h = 0 Con > 90 o h < 0 Con 0

22 22 n. 7.3, pag. 162 Borsa-Scannicchio A quale altezza arriverà il menisco dellacqua a 20 o C in un tubo di raggio pari a 0.5 mm se esso è fatto di vetro (1) oppure di paraffina (2) ? acqua = N. m -1 acqua-vetro = 25 o acqua-paraffina = 107 o Esercizio ??

23 23 n. 7.3, pag. 162 Borsa-Scannicchio A quale altezza arriverà il menisco dellacqua a 20 o C in un tubo di raggio pari a 0.5 mm se esso è fatto di vetro (1) oppure di paraffina (2) ? t acqua = N. m -1 acqua-vetro = 25 o acqua-paraffina = 107 o Esercizio Con = 90 o h = 0 Con > 90 o h < 0 Con 0

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25 Lesperienza del palloncino 25 R orecchio < R corpo P orecchio > P corpo

26 26 Equilibrio alveolare Modello fisico degli alveoli polmonari Modello fisico degli alveoli polmonari Sfere cave collegate da sottili condotti Doppio strato Interno: acqua (vapore saturo) Esterno: strato elastico Se avessi solo lo strato di acqua Legge di Laplace per una bolla sferica R 2 < R 1 P L2 > P L1 1 aumenta di volume a spese di Se fosse così, gli alveoli piccoli collasserebbero Nella realtà: Elasticità tessuto del liquido che li bagna aumenta al diminuire di R

27 27 I fenomeni molecolari danno effetti macroscopici quando considero le interfacce tra elementi diversi In medicina, vi sono moltissimi casi di questo genere (tra gli altri, lembolia e gli alveoli polmonari) Prossima lezione: Riassumendo


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