Презентация на тему «Свойства поверхностного натяжения жидкости»

Свойства жидкостей

Поверхностное натяжение

Вода

Пример ближнего порядка молекул жидкости и дальнего порядка молекул кристаллического вещества: 1 – вода; 2 – лед.

Водяной пар

Водяной пар (1) и вода (2). Молекулы воды увеличены примерно в 5·107 раз.

Жидкости

Жидкости, как и твердые тела, изменяют свой объем при изменении температуры. Для не очень больших интервалов температур относительное изменение объема ?V / V0 пропорционально изменению температуры ?T:

Коэффициент ? называют температурным коэффициентом объемного расширения. Этот коэффициент у жидкостей в десятки раз больше, чем у твердых тел. У воды, например, при температуре 20 °С ?в ? 2·10–4 К–1, у стали ?ст ? 3,6·10–5 К–1, у кварцевого стекла ?кв ? 9·10–6 К–1.

Коэффициент

?aвнеш = ??s.

Коэффициент ? называется коэффициентом поверхностного натяжения (? > 0). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.

В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м2) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м2).

Минимальное значение

Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.

Мыльная вода

Некоторые жидкости, как, например, мыльная вода, обладают способностью образовывать тонкие пленки. Всем хорошо известные мыльные пузыри имеют правильную сферическую форму – в этом тоже проявляется действие сил поверхностного натяжения. Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то вся она затянется пленкой жидкости

Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы

И результирующей сил поверхностного натяжения

.

Силы поверхностного натяжения

Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность пленки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу Если под действием силы перекладина переместиться на ?x, то будет произведена работа ?Aвнеш = Fвнеш?x = ?Ep = ??S, где ?S = 2L?x – приращение площади поверхности обеих сторон мыльной пленки. Так как модули сил и одинаковы, можно записать:

Коэффициент поверхностного натяжения ? может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность

Избыточное давление

?2?R = ?p?R2.

Отсюда избыточное давление внутри капли равно

Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление ?p. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе 2?R разреза, и сил избыточного давления, действующих на площадь ?R2 сечения (рис. 3.5.4). Условие равновесия записывается в виде

Сечение сферической капли жидкости.

Давление внутри мыльного пузыря

Избыточное давление внутри мыльного пузыря в два раза больше, так как пленка имеет две поверхности

Краевые углы

Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкостей.

Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь). Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом ?, характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол ? называется краевым углом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол ? оказывается тупым (рис. 3.5.5). В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела. При полном смачивании ? = 0, при полном несмачивании ? = 180°.

Опускание жидкости

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.