యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణను ఉపయోగించి వక్రమైన ద్రవ ఇంటర్ఫేస్లపై ఒత్తిడి వ్యత్యాసాలను లెక్కించండి. డ్రాప్లెట్లు, బబుల్లు మరియు కాపిలరీ ఫెనామెనాలను విశ్లేషించడానికి ఉపరితల ఒత్తిడి మరియు ప్రధాన వక్రతా రేడియాలను నమోదు చేయండి.
ΔP = γ(1/R₁ + 1/R₂)
ΔP = 0.072 × (1/0.001 + 1/0.001)
ΔP = 0.072 × (1000.00 + 1000.00)
ΔP = 0.072 × 2000.00
ΔP = 0.00 Pa
ఈ దృశ్యీకరణ R₁ మరియు R₂ వక్రతలతో కూడిన వక్ర ఇంటర్ఫేస్ను చూపిస్తుంది. బాణాలు ఇంటర్ఫేస్ దాటున చాపం వ్యత్యాసాన్ని సూచిస్తాయి.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ద్రవ యాంత్రికతలోని ప్రాథమిక ఫార్ములాగా ఉంది, ఇది రెండు ద్రవాల మధ్య వక్రమైన ఇంటర్ఫేస్ (ఉదాహరణకు, ద్రవ-వాయువు లేదా ద్రవ-ద్రవ ఇంటర్ఫేస్) లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని వివరిస్తుంది. ఈ ఒత్తిడి వ్యత్యాసం ఉపరితల ఉద్రిక్తత మరియు ఇంటర్ఫేస్ యొక్క వక్రత వల్ల కలుగుతుంది. మా యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణ పరిష్కర్త ఉపరితల ఉద్రిక్తత మరియు ప్రధాన వక్రత యొక్క వ్యాసాలను ఇన్పుట్ చేసి ఈ ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించడానికి సులభమైన, ఖచ్చితమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది. మీరు బిందువులు, బబుల్స్, కేపిలరీ చర్య లేదా ఇతర ఉపరితల పరిణామాలను అధ్యయనం చేస్తున్నారా, ఈ సాధనం సంక్లిష్ట ఉపరితల ఉద్రిక్తత సమస్యలకు త్వరితమైన పరిష్కారాలను అందిస్తుంది.
19వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో థామస్ యంగ్ మరియు పియేర్-సిమోన్ లాప్లాస్ అభివృద్ధి చేసిన ఈ సమీకరణ అనేక శాస్త్రీయ మరియు ఇంజనీరింగ్ అనువర్తనాలలో అత్యంత ముఖ్యమైనది, మైక్రోఫ్లూడిక్స్ మరియు పదార్థాల శాస్త్రం నుండి జీవ శ్రేణుల వ్యవస్థలు మరియు పారిశ్రామిక ప్రక్రియల వరకు. ఉపరితల ఉద్రిక్తత, వక్రత మరియు ఒత్తిడి వ్యత్యాసం మధ్య సంబంధాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా పరిశోధకులు మరియు ఇంజనీర్లు ద్రవ ఇంటర్ఫేస్లను కలిగి ఉన్న వ్యవస్థలను మెరుగ్గా రూపొందించగలరు మరియు విశ్లేషించగలరు.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ద్రవ ఇంటర్ఫేస్లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని ఉపరితల ఉద్రిక్తత మరియు ప్రధాన వక్రతల వ్యాసాలకు సంబంధిస్తుంది:
ఇక్కడ:
గోళాకార ఇంటర్ఫేస్ (ఉదాహరణకు, ఒక బిందువు లేదా బబుల్) కోసం, అని ఉన్నప్పుడు, సమీకరణం ఈ విధంగా సరళీకృతమవుతుంది:
ఉపరితల ఉద్రిక్తత ():
ప్రధాన వక్రతల వ్యాసాలు ( మరియు ):
ఒత్తిడి వ్యత్యాసం ():
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణానికి సంబంధించిన సైన్ కన్వెన్షన్ ముఖ్యమైనది:
సమాన ఉపరితలము: ఒక వక్రత అనంతానికి చేరుకుంటే, దాని కృషి ఒత్తిడి వ్యత్యాసానికి చేరుకుంటుంది. పూర్తిగా సమాన ఉపరితలానికి (), .
సిలిండ్రికల్ ఉపరితలము: ఒక సిలిండ్రికల్ ఉపరితలానికి (ఉదాహరణకు, ఒక కేపిలరీ ట్యూబ్ లో ద్రవం), ఒక వక్రత పరిమాణం ( ) మరియు మరొకది అనంతంగా () ఉంటుంది, ఇది ను ఇస్తుంది.
చిన్న వక్రతలు: సూక్ష్మ స్థాయిల వద్ద (ఉదాహరణకు, నానోబిందువులు), లైన్ టెన్షన్ వంటి అదనపు ప్రభావాలు ముఖ్యమైనవి అవుతాయి, మరియు క్లాసికల్ యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం సవరించాల్సి ఉంటుంది.
ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు: ఉపరితల ఉద్రిక్తత సాధారణంగా ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ తగ్గుతుంది, ఇది ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. క్రిటికల్ పాయింట్ సమీపంలో, ఉపరితల ఉద్రిక్తత సున్నా దగ్గరగా వస్తుంది.
సర్ఫాక్టెంట్లు: సర్ఫాక్టెంట్ల ఉనికి ఉపరితల ఉద్రిక్తతను తగ్గిస్తుంది మరియు అందువల్ల ఇంటర్ఫేస్లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని తగ్గిస్తుంది.
మా కేల్క్యులేటర్ వక్ర ద్రవ ఇంటర్ఫేస్లలో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని నిర్ణయించడానికి సులభమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది. ఖచ్చితమైన ఫలితాలను పొందడానికి ఈ దశలను అనుసరించండి:
ఉపరితల ఉద్రిక్తత () నమోదు చేయండి:
మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం () నమోదు చేయండి:
రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం () నమోదు చేయండి:
ఫలితాన్ని చూడండి:
ఫలితాలను కాపీ చేయండి లేదా పంచుకోండి:
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం అనేక శాస్త్రీయ మరియు ఇంజనీరింగ్ రంగాలలో అనేక అనువర్తనాలను కలిగి ఉంది:
ఈ సమీకరణం బిందువులు మరియు బబుల్స్ యొక్క ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రాథమికమైనది. ఇది చిన్న బిందువులు అధిక అంతర్గత ఒత్తిడిని కలిగి ఉంటాయని ఎందుకు వివరిస్తుంది, ఇది క్రింది ప్రక్రియలను నడిపిస్తుంది:
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం కేపిలరీ రైజ్ లేదా డిప్రెషన్ను అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు అంచనా వేయడానికి సహాయపడుతుంది:
వైద్య మరియు జీవశాస్త్రంలో, ఈ సమీకరణం:
పదార్థాల అభివృద్ధిలో అనువర్తనాలు:
అనేక పారిశ్రామిక అనువర్తనాలు ఇంటర్ఫేస్లలో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఆధారపడి ఉంటాయి:
20°C వద్ద 1 mm వ్యాసం కలిగిన గోళాకార నీటి బిందువును పరిగణనలోకి తీసుకోండి:
ఈ అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా బిందువులో ఒత్తిడి 144 Pa కంటే ఎక్కువగా బయట ఉన్న గాలి ఒత్తిడి కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ప్రాథమికమైనది, కానీ కొన్ని ప్రత్యేక పరిస్థితుల కోసం ప్రత్యామ్నాయ పద్ధతులు మరియు విస్తరణలు ఉన్నాయి:
కెల్విన్ సమీకరణం: ఒక వక్ర ద్రవ ఉపరితలంపై వాయు ఒత్తిడి మరియు సమాన ఉపరితలంపై ఉన్న ఒత్తిడిని సంబంధం కలిగి ఉంది, ఇది కండెన్సేషన్ మరియు ఆవిరీభవనాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.
గిబ్స్-థామ్సన్ ప్రభావం: కణ పరిమాణం కరిగే సామర్థ్యం, కరిగే పాయింట్ మరియు ఇతర థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను ప్రభావితం చేస్తుంది.
హెల్ఫ్రిచ్ మోడల్: జీవ మాంద్యాల వంటి ఇలాస్టిక్ ఉపరితలాలకు విశ్లేషణను విస్తరించి, వక్రత కఠినతను కలిగి ఉంటుంది.
సంఖ్యాత్మక సిమ్యులేషన్స్: సంక్లిష్ట ఆకారాల కోసం, వాల్యూమ్ ఆఫ్ ఫ్లూయిడ్ (VOF) లేదా లెవల్ సెట్స్ పద్ధతుల వంటి కంప్యూటేషనల్ పద్ధతులు విశ్లేషణాత్మక పరిష్కారాలకు కంటే అనుకూలంగా ఉంటాయి.
మొలిక్యులర్ డైనామిక్స్: చాలా చిన్న స్థాయిల (నానోమీటర్లు) వద్ద, నిరంతర అంచనాలు విరుగుడుతాయి, మరియు మొలిక్యులర్ డైనామిక్స్ సిమ్యులేషన్స్ మరింత ఖచ్చితమైన ఫలితాలను అందిస్తాయి.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ఉపరితల పరిణామాలు మరియు కేపిలారిటీ యొక్క అర్థం చేసుకోవడంలో ముఖ్యమైన మైలురాయిగా ఉంది.
కేపిలరీ చర్యపై అధ్యయనం పురాతన కాలం నుండి ప్రారంభమైంది, కానీ వ్యవస్థీకృత శాస్త్రీయ పరిశోధన పునరుత్పత్తి కాలంలో ప్రారంభమైంది:
ఈ సమీకరణం మనకు తెలిసిన విధంగా రెండు శాస్త్రవేత్తలు స్వతంత్రంగా పనిచేసి అభివృద్ధి చేశారు:
థామస్ యంగ్ (1805): "ద్రవాల సమీకరణంపై వ్యాసం"ని రాయడం ద్వారా ఉపరితల ఉద్రిక్తత మరియు వక్రతల మధ్య సంబంధాన్ని పరిచయం చేశారు.
పియేర్-సిమోన్ లాప్లాస్ (1806): తన ప్రాముఖ్యమైన రచన "మెకానిక్ సెలెస్టే"లో కేపిలరీ చర్యపై గణితమైన మౌలిక నిర్మాణాన్ని అభివృద్ధి చేసి, వక్రతకు సంబంధించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని సంబంధం కలిగి ఉన్న సమీకరణాన్ని పొందారు.
యంగ్ యొక్క శారీరక అవగాహన మరియు లాప్లాస్ యొక్క గణిత శాస్త్రం కాంబినేషన్ యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణానికి దారితీసింది.
తరువాతి శతాబ్దాలలో, ఈ సమీకరణం సవరించబడింది మరియు విస్తరించబడింది:
ఈరోజు, యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ఇంటర్ఫేసియల్ శాస్త్రానికి ఒక మూలాధారం గా ఉంది, సాంకేతికత మైక్రో మరియు నానో స్థాయిలలో అభివృద్ధి చెందుతున్న కొద్దీ కొత్త అనువర్తనాలను కనుగొంటుంది.
ఇక్కడ వివిధ ప్రోగ్రామింగ్ భాషలలో యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం యొక్క అమలు ఉన్నాయి:
1' యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం కోసం ఎక్సెల్ ఫార్ములా (గోళాకార ఇంటర్ఫేస్)
2=2*B2/C2
3
4' ఇక్కడ:
5' B2 లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత N/m లో ఉంది
6' C2 లో వ్యాసం m లో ఉంది
7' ఫలితం Pa లో ఉంటుంది
8
9' రెండు ప్రధాన వక్రతలతో సాధారణ కేసు కోసం:
10=B2*(1/C2+1/D2)
11
12' ఇక్కడ:
13' B2 లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత N/m లో ఉంది
14' C2 లో మొదటి వ్యాసం m లో ఉంది
15' D2 లో రెండవ వ్యాసం m లో ఉంది
16
1def young_laplace_pressure(surface_tension, radius1, radius2):
2 """
3 యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించండి.
4
5 ప్యారామీటర్లు:
6 ఉపరితల ఉద్రిక్తత (float): N/m లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత
7 radius1 (float): m లో మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
8 radius2 (float): m లో రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
9
10 ఫలితం:
11 float: Pa లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసం
12 """
13 if radius1 == 0 or radius2 == 0:
14 raise ValueError("వక్రతలు సున్నా కాకూడదు")
15
16 return surface_tension * (1/radius1 + 1/radius2)
17
18# 1 mm వ్యాసం గల గోళాకార నీటి బిందువుకు ఉదాహరణ
19surface_tension_water = 0.072 # N/m 20°C వద్ద
20droplet_radius = 0.001 # మీటర్లలో 1 mm
21
22# గోళాకారానికి, రెండు వక్రతలు సమానంగా ఉంటాయి
23pressure_diff = young_laplace_pressure(surface_tension_water, droplet_radius, droplet_radius)
24print(f"ఒత్తిడి వ్యత్యాసం: {pressure_diff:.2f} Pa")
25
1/**
2 * యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించండి
3 * @param {number} surfaceTension - N/m లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత
4 * @param {number} radius1 - m లో మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
5 * @param {number} radius2 - m లో రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
6 * @returns {number} Pa లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసం
7 */
8function youngLaplacePressure(surfaceTension, radius1, radius2) {
9 if (radius1 === 0 || radius2 === 0) {
10 throw new Error("వక్రతలు సున్నా కాకూడదు");
11 }
12
13 return surfaceTension * (1/radius1 + 1/radius2);
14}
15
16// నీటి-వాయువు ఇంటర్ఫేస్ కోసం ఉదాహరణ
17const surfaceTensionWater = 0.072; // 20°C వద్ద N/m
18const tubeRadius = 0.0005; // 0.5 mm లో మీటర్లలో
19// సిలిండ్రికల్ ఉపరితలానికి, ఒక వక్రత సిలిండర్ వ్యాసం, మరొకది అనంతం
20const infiniteRadius = Number.MAX_VALUE;
21
22const pressureDiff = youngLaplacePressure(surfaceTensionWater, tubeRadius, infiniteRadius);
23console.log(`ఒత్తిడి వ్యత్యాసం: ${pressureDiff.toFixed(2)} Pa`);
24
1public class YoungLaplaceCalculator {
2 /**
3 * యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించండి
4 *
5 * @param surfaceTension N/m లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత
6 * @param radius1 m లో మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
7 * @param radius2 m లో రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
8 * @return Pa లో ఒత్తడి వ్యత్యాసం
9 */
10 public static double calculatePressureDifference(double surfaceTension, double radius1, double radius2) {
11 if (radius1 == 0 || radius2 == 0) {
12 throw new IllegalArgumentException("వక్రతలు సున్నా కాకూడదు");
13 }
14
15 return surfaceTension * (1/radius1 + 1/radius2);
16 }
17
18 public static void main(String[] args) {
19 // సోప్ బబుల్ కోసం ఉదాహరణ
20 double surfaceTensionSoap = 0.025; // N/m
21 double bubbleRadius = 0.01; // 1 cm లో మీటర్లలో
22
23 // గోళాకార బబుల్ కోసం, రెండు వక్రతలు సమానంగా ఉంటాయి
24 // గమనించండి: సోప్ బబుల్ కోసం, రెండు ఇంటర్ఫేస్లు (లోపలి మరియు బాహ్య) ఉన్నాయి,
25 // కాబట్టి మేము 2 తో గుణిస్తాము
26 double pressureDiff = 2 * calculatePressureDifference(surfaceTensionSoap, bubbleRadius, bubbleRadius);
27
28 System.out.printf("సోప్ బబుల్ వ్యాసం ద్వారా ఒత్తిడి వ్యత్యాసం: %.2f Pa%n", pressureDiff);
29 }
30}
31
1function deltaP = youngLaplacePressure(surfaceTension, radius1, radius2)
2 % యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించండి
3 %
4 % ఇన్పుట్లు:
5 % surfaceTension - N/m లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత
6 % radius1 - m లో మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
7 % radius2 - m లో రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
8 %
9 % అవుట్పుట్:
10 % deltaP - Pa లో ఒత్తడి వ్యత్యాసం
11
12 if radius1 == 0 || radius2 == 0
13 error('వక్రతలు సున్నా కాకూడదు');
14 end
15
16 deltaP = surfaceTension * (1/radius1 + 1/radius2);
17end
18
19% వివిధ ద్రవాల కోసం ఒకే 1 mm వ్యాసం గల బిందువుల కోసం ఒత్తిడి లెక్కించడం మరియు చిత్రీకరించడం
20surfaceTension = 0.072; % 20°C వద్ద N/m
21radii = logspace(-6, -2, 100); % 1 µm నుండి 1 cm వరకు వ్యాసాలు
22pressures = zeros(size(radii));
23
24for i = 1:length(radii)
25 % గోళాకార బిందువుల కోసం, రెండు ప్రధాన వక్రతలు సమానంగా ఉంటాయి
26 pressures(i) = youngLaplacePressure(surfaceTension, radii(i), radii(i));
27end
28
29% లాగ్-లాగ్ ప్లాట్ సృష్టించండి
30loglog(radii, pressures, 'LineWidth', 2);
31grid on;
32xlabel('బిందువు వ్యాసం (m)');
33ylabel('ఒత్తిడి వ్యత్యాసం (Pa)');
34title('నీటి బిందువుల కోసం యంగ్-లాప్లాస్ ఒత్తిడి మరియు బిందువు పరిమాణం');
35
1#include <iostream>
2#include <stdexcept>
3#include <cmath>
4#include <iomanip>
5
6/**
7 * యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించండి
8 *
9 * @param surfaceTension N/m లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత
10 * @param radius1 m లో మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
11 * @param radius2 m లో రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
12 * @return Pa లో ఒత్తడి వ్యత్యాసం
13 */
14double youngLaplacePressure(double surfaceTension, double radius1, double radius2) {
15 if (radius1 == 0.0 || radius2 == 0.0) {
16 throw std::invalid_argument("వక్రతలు సున్నా కాకూడదు");
17 }
18
19 return surfaceTension * (1.0/radius1 + 1.0/radius2);
20}
21
22int main() {
23 try {
24 // పామీ బిందువుకు ఉదాహరణ
25 double surfaceTensionMercury = 0.485; // 20°C వద్ద N/m
26 double dropletRadius = 0.002; // 2 mm లో మీటర్లలో
27
28 // గోళాకార బిందువుకు, రెండు వక్రతలు సమానంగా ఉంటాయి
29 double pressureDiff = youngLaplacePressure(surfaceTensionMercury, dropletRadius, dropletRadius);
30
31 std::cout << "పామీ బిందువులో ఒత్తిడి వ్యత్యాసం: "
32 << std::fixed << std::setprecision(2) << pressureDiff
33 << " Pa" << std::endl;
34
35 // సిలిండ్రికల్ ఇంటర్ఫేస్ (కేపిలరీ ట్యూబ్లో) ఉదాహరణ
36 double tubeRadius = 0.0001; // 0.1 mm
37 double infiniteRadius = std::numeric_limits<double>::max();
38
39 double capillaryPressure = youngLaplacePressure(surfaceTensionMercury, tubeRadius, infiniteRadius);
40
41 std::cout << "పామీ కేపిలరీలో ఒత్తిడి వ్యత్యాసం: "
42 << std::fixed << std::setprecision(2) << capillaryPressure
43 << " Pa" << std::endl;
44 }
45 catch (const std::exception& e) {
46 std::cerr << "లోపం: " << e.what() << std::endl;
47 return 1;
48 }
49
50 return 0;
51}
52
1#' యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించండి
2#'
3#' @param surface_tension N/m లో ఉపరితల ఉద్రిక్తత
4#' @param radius1 m లో మొదటి ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
5#' @param radius2 m లో రెండవ ప్రధాన వక్రత వ్యాసం
6#' @return Pa లో ఒత్తడి వ్యత్యాసం
7#' @examples
8#' young_laplace_pressure(0.072, 0.001, 0.001)
9young_laplace_pressure <- function(surface_tension, radius1, radius2) {
10 if (radius1 == 0 || radius2 == 0) {
11 stop("వక్రతలు సున్నా కాకూడదు")
12 }
13
14 return(surface_tension * (1/radius1 + 1/radius2))
15}
16
17# వివిధ ద్రవాల కోసం ఒకే 1 mm వ్యాసం గల బిందువుల ఒత్తిడి పోల్చడం
18liquids <- data.frame(
19 name = c("నీరు", "ఎథనాల్", "పామీ", "బెంజీన్", "రక్త ప్లాస్మా"),
20 surface_tension = c(0.072, 0.022, 0.485, 0.029, 0.058)
21)
22
23# 1 mm వ్యాసం గల గోళాకార బిందువుకు ఒత్తిడి లెక్కించడం
24droplet_radius <- 0.001 # m
25liquids$pressure <- sapply(liquids$surface_tension, function(st) {
26 young_laplace_pressure(st, droplet_radius, droplet_radius)
27})
28
29# బార్ ప్లాట్ సృష్టించండి
30barplot(liquids$pressure, names.arg = liquids$name,
31 ylab = "ఒత్తిడి వ్యత్యాసం (Pa)",
32 main = "1 mm వ్యాసం గల వివిధ ద్రవాల బిందువుల కోసం లాప్లాస్ ఒత్తిడి",
33 col = "lightblue")
34
35# ఫలితాలను ముద్రించండి
36print(liquids[, c("name", "surface_tension", "pressure")])
37
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ఉపరితల ఉద్రిక్తత వల్ల వక్ర ద్రవ ఇంటర్ఫేస్లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది కేపిలరీ చర్య, బిందువుల ఏర్పాట్లు, బబుల్ స్థిరత్వం మరియు వివిధ మైక్రోఫ్లూడిక్ అనువర్తనాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ముఖ్యమైనది. ఈ సమీకరణం ఇంజనీర్లు మరియు శాస్త్రవేత్తలు ద్రవ ఇంటర్ఫేస్లను కలిగి ఉన్న వ్యవస్థలను రూపొందించడానికి మరియు అవి వివిధ పరిస్థితులలో ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో అంచనా వేయడంలో సహాయపడుతుంది.
చిన్న బిందువులు అధిక అంతర్గత ఒత్తిడిని కలిగి ఉంటాయి, ఎందుకంటే వాటి వక్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది. యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ప్రకారం, ఒత్తిడి వ్యత్యాసం వక్రత యొక్క వ్యాసానికి వ్యతిరేకంగా ఉంటుంది. వ్యాసం తగ్గినప్పుడు, వక్రత (1/R) పెరుగుతుంది, ఇది అధిక ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇది చిన్న నీటి బిందువులు పెద్దవి కంటే వేగంగా ఆవిరీభవిస్తాయని వివరిస్తుంది మరియు ఫోమ్లో చిన్న బబుల్స్ తగ్గి పెద్దవి పెరుగుతాయి.
ఉష్ణోగ్రత ప్రధానంగా ఉపరితల ఉద్రిక్తతపై ప్రభావం చూపిస్తుంది. చాలా ద్రవాల కోసం, ఉపరితల ఉద్రిక్తత ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ సుమారు రేఖీయంగా తగ్గుతుంది. ఇది వక్రత ఉంచినప్పుడు ఒత్తిడి వ్యత్యాసం కూడా తగ్గుతుంది. క్రిటికల్ పాయింట్ సమీపంలో, ఉపరితల ఉద్రిక్తత సున్నా దగ్గరగా వస్తుంది, మరియు యంగ్-లాప్లాస్ ప్రభావం విరుగుడుతుంది.
లేదు, యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం వక్ర ఇంటర్ఫేస్లకు మాత్రమే కాదు, అన్ని వక్ర ఉపరితలాలకు వర్తిస్తుంది. ఈ సమీకరణం రెండు ప్రధాన వక్రతలను ఉపయోగిస్తుంది, ఇవి గోళాకార ఉపరితలాలకు సమానంగా ఉండవచ్చు. సంక్లిష్ట ఆకారాల కోసం, ఈ వక్రతలు ఉపరితలంపై పాయింట్ నుండి పాయింట్ వరకు మారవచ్చు, ఇది మరింత కఠినమైన గణితీయ చికిత్స లేదా సంఖ్యాత్మక పద్ధతులను అవసరం చేస్తుంది.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం కేపిలరీ రైజ్ను నేరుగా వివరిస్తుంది. ఒక నారROW ట్యూబ్లో, వక్రమైన మెనిస్కస్ ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ ఒత్తిడి వ్యత్యాసం గ్రావిటీకి వ్యతిరేకంగా ద్రవాన్ని పైకి నడిపిస్తుంది. కేపిలరీ రైజ్ ఎత్తు యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ద్వారా సృష్టించబడిన ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని హైడ్రోస్టాటిక్ ఒత్తిడి (ρgh) కు సమానంగా ఉంచడం ద్వారా పొందవచ్చు, ఇది h = 2γcosθ/(ρgr) అనే ప్రసిద్ధ ఫార్ములాను అందిస్తుంది.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం సాధారణంగా సూక్ష్మ స్థాయిల (మైక్రోమీటర్లు) వరకు ఖచ్చితమైనది, కానీ నానోస్థాయిల వద్ద అదనపు ప్రభావాలు ముఖ్యమైనవి అవుతాయి. ఇవి మూడు దశల సంప్రదాయ వక్రత వద్ద లైన్ టెన్షన్, పొడవు ఒత్తిడి (సన్నని చిత్రాలలో) మరియు అణు పరస్పర చర్యలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ స్థాయిల వద్ద, నిరంతర అంచనాలు విరుగుడుతాయి మరియు క్లాసికల్ యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం సవరించాల్సి ఉంటుంది.
యంగ్-లాప్లాస్ మరియు యంగ్ సమీకరణాలు ద్రవ ఇంటర్ఫేస్ల యొక్క వివిధ అంశాలను వివరిస్తాయి. యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని ఉపరితల వక్రత మరియు ఉద్రిక్తతకు సంబంధిస్తుంది. యంగ్ సమీకరణం (ఎప్పుడు యంగ్ సంబంధం అని పిలవబడుతుంది) ఒక ద్రవ-వాయువు ఇంటర్ఫేస్ ఒక ఘన ఉపరితలాన్ని కలిసినప్పుడు ఏర్పడే సంప్రదాయ కోణాన్ని వివరిస్తుంది, ఇది మూడు దశల మధ్య (ఘన-వాయువు, ఘన-ద్రవ మరియు ద్రవ-వాయువు) మధ్య ఉన్న ఇంటర్ఫేసియల్ ఉద్రిక్తతలను సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. రెండు సమీకరణాలు థామస్ యంగ్ ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి మరియు ఇంటర్ఫేసియల్ పరిణామాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రాథమికమైనవి.
సర్ఫాక్టెంట్లు ఉపరితల ఉద్రిక్తతను తగ్గిస్తాయి, ఇది ఇంటర్ఫేస్లో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాన్ని నేరుగా తగ్గిస్తుంది. అదనంగా, సర్ఫాక్టెంట్లు అసమానంగా పంపిణీచేస్తే ఉపరితల ఉద్రిక్తత గ్రాడియెంట్లను (మారాంగోని ప్రభావాలు) సృష్టిస్తాయి, ఇది స్థిరమైన ప్రవాహాలను మరియు డైనమిక్ ప్రవర్తనను కలిగిస్తుంది, ఇది స్థిరమైన యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ద్వారా పట్టించుకోబడదు. ఇది ఫోమ్లు మరియు ఎమల్షన్లను స్థిరంగా ఉంచడానికి సర్ఫాక్టెంట్లు ఎందుకు ముఖ్యమైనవో వివరిస్తుంది - అవి కవాలీ అనుసంధానాలను తగ్గిస్తాయి.
అవును, యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం మరియు గ్రావిటీ ప్రభావాలు కలిపి పెండెంట్ డ్రాప్ యొక్క ఆకారాన్ని అంచనా వేయగలవు. ఇలాంటి సందర్భాలలో, సమీకరణ సాధారణంగా సగటు వక్రతను ఉపయోగించి రాసి, సంఖ్యాత్మకంగా పరిష్కరించబడుతుంది. ఇది ఉపరితల ఉద్రిక్తతను కొలిచే పెండెంట్ డ్రాప్ పద్ధతికి ఆధారం, అక్కడ గమనించిన బిందువు ఆకారం యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం ద్వారా లెక్కించిన సిద్దాంతిక ప్రొఫైల్లతో సరిపోల్చబడుతుంది.
యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణం కోసం సమానమైన ఫలితాలను పొందడానికి SI యూనిట్లను ఉపయోగించండి:
మీరు ఇతర యూనిట్ వ్యవస్థలను ఉపయోగిస్తున్నట్లయితే, సమానత్వాన్ని నిర్ధారించండి. ఉదాహరణకు, CGS యూనిట్లలో, ఉపరితల ఉద్రిక్తత కోసం డైన్/సెం, వక్రతల కోసం సెం మరియు ఒత్తిడికి డైన్/సెం² ఉపయోగించండి.
డి గెన్స్, పి.జి., బ్రోచార్డ్-వాయర్ట్, ఎఫ్., & క్వెరే, డి. (2004). కేపిలారిటీ మరియు వెట్టింగ్ ఫెనోమినా: డ్రాప్లు, బబుల్స్, పెర్ల్స్, వేవ్స్. స్ప్రింగర్.
అడమ్సన్, ఎ.వె., & గ్యాస్ట్, ఎ.పీ. (1997). ఫిజికల్ కెమిస్ట్రి ఆఫ్ సర్ఫేసెస్ (6వ ఎడిషన్). వైలీ-ఇంటర్సైన్స్.
ఇజ్రాయెలాచ్విలి, జే.ఎన్. (2011). ఇంటర్మోలిక్యులర్ మరియు ఉపరితల బలాలు (3వ ఎడిషన్). అకాడమిక్ ప్రెస్.
రోల్విన్సన్, జే.ఎస్., & విడమ్, బి. (2002). మాలిక్యులర్ థియరీ ఆఫ్ కేపిలారిటీ. డోవర్ ప్రచురణలు.
యంగ్, టి. (1805). "ద్రవాల సమీకరణంపై వ్యాసం". ఫిలాసోఫికల్ ట్రాన్సాక్షన్స్ ఆఫ్ ది రాయల్ సొసైటీ ఆఫ్ లండన్, 95, 65-87.
లాప్లాస్, పి.ఎస్. (1806). త్రైటే డి మెకానిక్ సెలెస్టే, పుస్తకం 10 కు అనుబంధం.
డెఫాయ్, ఆర్., & ప్రిగొగిన్, ఐ. (1966). సర్ఫేస్ ఫోర్సెస్. లాంగ్మన్స్.
ఫిన్, ఆర్. (1986). ఇక్విలిబ్రియం కేపిలరీ సర్ఫేసెస్. స్ప్రింగర్-వర్లాగ్.
డెర్జాగిన్, బి.వి., చురావ్, ఎన్.వి., & ముల్లర్, వి.ఎం. (1987). సర్ఫేస్ ఫోర్సెస్. కన్సల్టెంట్స్ బ్యూరో.
లాట్రప్, బి. (2011). ఫిజిక్స్ ఆఫ్ కంటిన్యూయస్ మేటర్: ఎక్జాటిక్ మరియు ఎవర్డే ఫెనోమినా ఇన్ ది మాక్రోస్కోపిక్ వరల్డ్ (2వ ఎడిషన్). CRC ప్రెస్.
వక్ర ఇంటర్ఫేస్లలో ఒత్తిడి వ్యత్యాసాలను లెక్కించడానికి సిద్ధమా? ఇప్పుడు మా యంగ్-లాప్లాస్ సమీకరణ పరిష్కర్తను ప్రయత్నించండి మరియు ఉపరితల ఉద్రిక్తత పరిణామాలను అర్థం చేసుకోండి. మరింత ద్రవ యాంత్రికత సాధనాలు మరియు కేల్క్యులేటర్ల కోసం, మా ఇతర వనరులను అన్వేషించండి.
మీ వర్క్ఫ్లో కోసం ఉపయోగపడవచ్చే ఇతర సాధనాలను కనుగొనండి