Почему поверхностное натяжение зависит от Рода Жидкости. Жидкости с маленькими и сферическими молекулами обычно имеют более высокое поверхностное натяжение, чем жидкости с большими и несферическими молекулами. Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Поскольку поверхностное натяжение определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов жидкости, поверхностно-активных веществ, топлива или соединений в жидкости может привести к изменению поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Когда вы ныряете, ваши волосы расходятся во все стороны, но как только вы окажетесь над водой, волосы слипнутся, так как в этом случае площадь свободной поверхности воды намного меньше, чем при раздельном расположении прядей в воде. По этой же причине можно лепить фигуры из влажного песка: вода, обволакивая песчинки, прижимает их друг к другу. Капля удерживается около небольшого отверстия до тех пор, пока сила поверхностного натяжения уравновешивает силу тяжести Стремлением жидкости уменьшить площадь поверхности объясняется и тот факт, что в условиях невесомости вода принимает форму шара, — при заданном объеме шарообразной форме соответствует наименьшая площадь поверхности. Форму шара приобретают тонкие мыльные пленки мыльные пузыри. Поверхностным натяжением объясняется образование пены: пузырек газа, достигнув поверхности жидкости, имеет над собой тонкий слой жидкости; если пузырек мал, то архимедовой силы недостаточно, чтобы разорвать двойной поверхностный слой, и пузырек «застревает» вблизи поверхности. Благодаря поверхностному натяжению жидкость не выливается из маленького отверстия тоненькой струйкой, а капает рис. Почему одни жидкости собираются в капли, а другие растекаются Наличие сил поверхностного натяжения проявляется в сферической форме мелких капелек росы, в каплях воды, разбегающихся по раскаленной плите, в капельках ртути на поверхности стекла. Однако при соприкосновении с твердым телом сферическая форма капли, как правило, не сохраняется.
Форма свободной поверхности жидкости зависит также от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость не смачивает поверхность твердого тела рис. Например, ртуть не смачивает стекло, а вода не смачивает покрытую сажей поверхность. Капля несмачивающей жидкости принимает форму, близкую к сферической, а поверхность жидкости вблизи стенки сосуда является выпуклой Если же капельку ртути поместить на цинковую пластину, то капелька будет стремиться растечься по поверхности пластины; так же ведет себя и капелька воды на стекле рис. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости меньше сил взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость смачивает поверхность твердого тела. Капля смачивающей жидкости стремится растечься по поверхности твердого тела, а вблизи стенки сосуда поверхность жидкости принимает вогнутую форму Почему жидкость поднимается в капиллярах В природе часто встречаются тела, пронизанные многочисленными мелкими капиллярами от лат. Такую структуру имеют бумага, дерево, почва, многие ткани и строительные материалы.
В цилиндрических капиллярах искривленная поверхность жидкости представляет собой часть сферы, которую называют мениском.
Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты, времени суток и других факторов. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше? Изменение диаметра трубки не может приводить к изменению измеряемой величины. Для определения поверхностного натяжения используется формула. По рисунку видно, что уменьшение диаметра трубки компенсируется уменьшением массы капли, а поверхностное натяжение, естественно, останется тем же. Почему следует добиваться медленного падения капель? При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно.
Жидкости с высоким поверхностным натяжением имеют более сильные силы притяжения между молекулами, что делает их менее податливыми к изменению формы и более устойчивыми к внешним воздействиям. Напротив, жидкости с низким поверхностным натяжением имеют слабые силы притяжения между молекулами, что делает их более податливыми к изменению формы и менее устойчивыми к внешним воздействиям. Понимание поверхностного натяжения и его зависимости от рода жидкости имеет практическое значение в различных областях, таких как химия, физика, биология и технология. Знание о свойствах поверхностного натяжения позволяет управлять поведением жидкостей, контролировать процессы смачивания, пенивания и пенообразования, а также разрабатывать новые материалы и технологии. Таким образом, изучение поверхностного натяжения и его зависимости от рода жидкости является важной частью науки и промышленности. Влияние ионной природы на поверхностное натяжение Когда в растворе присутствуют ионы, они могут вступать в химические реакции с молекулами жидкости, изменяя их свойства. Взаимодействие ионов с молекулами на поверхности жидкости приводит к изменению их ориентации и межмолекулярных сил. В результате, поверхность жидкости становится менее упругой, что приводит к уменьшению ее поверхностного натяжения. Ионная природа раствора также влияет на величину поверхностного натяжения. Например, водные растворы могут содержать положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы взаимодействуют с отрицательно заряженными группами на поверхности воды, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Отрицательно заряженные ионы взаимодействуют с положительно заряженными группами на поверхности, также уменьшая поверхностное натяжение. Кроме того, ионная природа раствора может влиять на поверхностное натяжение путем изменения концентрации ионов. При увеличении концентрации ионов в растворе, взаимодействие ионов с поверхностью жидкости становится более интенсивным, что приводит к увеличению эффекта ионной природы на поверхностное натяжение. Таким образом, ионная природа раствора оказывает значительное влияние на поверхностное натяжение жидкости. Изменение концентрации ионов и их взаимодействие с молекулами на поверхности жидкости приводят к изменению свойств жидкости и ее поверхностного натяжения. Как натяжение связано с молекулярной структурой Основной фактор, определяющий поверхностное натяжение, является сила взаимодействия между молекулами внутри жидкости. Если эти силы сильны и молекулы тесно связаны друг с другом, поверхность жидкости будет более напряженной и сопротивлением к разрыву. Молекулярная структура жидкости также может влиять на ее поверхностное натяжение через влияние положительных и отрицательных зарядов на поверхностные слои. Эти заряды вызывают электростатические силы притяжения или отталкивания между молекулами, что ведет к изменению поверхностного натяжения. Межмолекулярные силы, такие как ван-дер-Ваальсовы силы, могут также влиять на поверхностное натяжение.
Но тибетские физики или только Фланаган полагали, что снижение поверхностного натяжения происходило в результате затраты некоей энергии, поэтому они и ставили такой вопрос — откуда берется эта энергия. Ответ был так же прост, как и бездоказателен — энергию поставляют сверхновые звезды. Мне кажется, что всем давно уже должно быть ясно, что все мы живем за счет энергии одного лишь Солнца. А от сверхновых звезд к нам приходит столько энергии, что в лучшем случае благодаря этому они сами на некоторое время становятся видимыми, а поэтому вряд ли такое количество энергии может как-то повлиять на поверхностное натяжение жидкостей. Поэтому этот исследователь и стремился в дальнейшем найти приемлемый способ понижения поверхностного натяжения воды, не поясняя механизма связи этого фактора со здоровьем человека. И если мы отбросим в сторону весь тот частокол из слов, которым Кристофер Бёрд окружил исследования Фланагана, то станет ясно, что последний нашел в хунзакутской воде одно только необычное качество — ее поверхностное натяжение было ниже поверхностного натяжения обычной воды. И все последующие исследования Фланагана велись уже только в этом направлении. Слишком даже живая. Ею можно стирать белье без мыла, отбеливателей, без стиральной машины. Но она не опьяняет человека, а дает огромный прилив сил — замечает исследователь. То, что в такой воде можно стирать без мыла, легко понять — мыло снижает поверхностное натяжение воды, а в указанном выше случае поверхностное натяжение значительно снижается не с помощью мыла, а с помощью каких-то иных веществ. Ну и что с того — для стирки ведь важен сам фактор снижения поверхностного натяжения. Объяснение, на мой взгляд, самое простое. Такое быстрое действие алкогольных напитков объясняется очень быстрым проникновением их в кровь благодаря низкому поверхностному натяжению, а точнее — благодаря ослабленным водородным связям в этих жидкостях. Старик приобретает прыткость молодого. Здесь я снова хочу напомнить читателям, что высокое поверхностное натяжение воды обеспечивают прежде всего водородные связи, имеющиеся между молекулами воды. И если мы видим по конечному результату некоего воздействия на воду, что ее поверхностное натяжение значительно снижается, то можем предполагать, что в основе такого снижения лежит разрыв водородных связей между множеством молекул воды. Например, входя в воду, мы никак не чувствуем поверхностного натяжения этой воды и также не чувствуем суммарного действия водородных связей между молекулами воды. Но если вода замерзнет, то мы спокойно можем пройти, а то и проехать на машине по льду, — на поверхности воды нас будут удерживать водородные связи. А при температуре нашего тела оно равно 70 единицам. Как видите, с повышением температуры воды все больше водородных связей разрывается. Почему хунзакутская вода имеет пониженное поверхностное натяжение — Фланаган об этом ничего не говорит. И неужели в хунзакутской воде нет больше ничего примечательного кроме пониженного поверхностного натяжения? Нам важнее было бы знать в каком количестве содержатся те или иные элементы. А то, что в воде много серебра, тоже нельзя рассматривать как позитивное явление, так как с определенной концентрации этого элемента в воде начинается его негативное воздействие на организм более подробно об ионах серебра говорится в 6-ой главе.
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и от ее температуры. Почему поверхностное натяжение воды зависит от рода жидкости. 1. Почему коэффициент поверхностного натяжения жидкостей зависит от рода жидкости? 6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”.
Поверхностное натяжение и его зависимость от температуры и рода жидкости
Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости из-за различной структуры и взаимодействия молекул вещества. Как зависит поверхностное натяжение жидкости от полярности еѐ молекул? Таким образом, можно сделать вывод, что поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и ее химических свойств. Почему у воды поверхностное натяжение больше, чем у других жидкостей? Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул.
§ 8-1. Поверхностное натяжение
И наоборот, при сильном уменьшении поверхностного натяжения; поскольку молекулы становятся более активными с повышением температуры, становясь нулевыми при температуре кипения и исчезающими при критической температуре. Добавление химических веществ к жидкости изменит ее характеристики поверхностного натяжения. Все ли жидкости обладают поверхностным натяжением? Поверхностное натяжение зависит в основном от сил притяжения между частицами внутри данная жидкость а также на газ, твердое тело или жидкость, соприкасающиеся с ним.
Почему вода имеет большую удельную теплоемкость? Вода имеет более высокую удельную теплоемкость из-за прочности водородных связей. Для разделения этих связей требуется значительная энергия.
Связано ли поверхностное натяжение с вязкостью? Поверхностное натяжение зависит от сил сцепления молекул, а вязкость связана с касательное напряжение в растворе. У кого больше поверхностное натяжение у воды или меда?
И вязкость, и поверхностное натяжение зависят от межмолекулярных сил между молекулами жидкости. Мед, будучи более вязким, чем вода, неимеют более высокое поверхностное натяжение. В чем разница между вязкостью и поверхностным натяжением воды?
Поверхностное натяжение можно рассматривать как явление, возникающее в жидкостях из-за неуравновешенных межмолекулярных сил, тогда как вязкость происходит за счет сил, действующих на движущиеся молекулы. Поверхностное натяжение присутствует как в движущихся, так и в неподвижных жидкостях, а вязкость проявляется только в движущихся жидкостях. Почему поверхностное натяжение увеличивается с межмолекулярными силами?
Чем сильнее межмолекулярные взаимодействия, тем больше поверхностное натяжение. Имеют ли более вязкие жидкости более высокое поверхностное натяжение? Удивительно, но мы обнаружили, что решения с выше вязкость, чем у воды, имела либо меньшее, либо такое же поверхностное натяжение, что и вода, и мы подозреваем, что это происходит из-за неизменных межмолекулярных связей молекул воды водородных связей , вызывающих поверхностное натяжение по мере увеличения вязкости.
Почему некоторые водные насекомые ходят по воде? Водомерки — мелкие насекомые, приспособленные к жизни на поверхности стоячей воды. По этой мембране ходят водомерки.
Почему вода не переливается через край стакана? Когда мы наполняем стакан водой, мы сразу же замечаем, что она может перелиться через край стакана, не пролившись. Это из-за поверхностное натяжение.
Способность жидкости сокращать свою поверхность называют: а смачиванием, б поверхностным натяжением, в капиллярными явлениями. Поверхностное натяжение зависит: а от рода жидкости, б от объема сосуда, в от давления. Подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра называется: а капиллярными явлениями, б смачиванием, в диффузией. Какую форму принимает жидкость в условиях невесомости?
Смачивание и несмачивание жидкостью твердого тела. Зависимость поверхностного натяжения от природы вещества.
Эффект поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от пав. Поверхностное натяжение схема. Температурная зависимость поверхностного натяжения. Смачивание капиллярность. Поверхностное натяжение и капиллярные эффекты.
Поверхностная энергия жидкости формула. Поверхностная энергия определение и формула. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Энергия поверхностного слоя жидкости формула. Определите факторы влияющие на поверхностное натяжение жидкости. Влияние температуры на поверхностное натяжение.
Коэффициент поверхностного натяжения формула. Формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения. Как вычислить коэффициент поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения две формулы. Мыло и поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение мыльной воды.
Уменьшение поверхностного натяжения. Способы уменьшения поверхностного натяжения. Адсорбция от поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение Размерность. Факторы влияющие на величину поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение пав.
Зависимость силы поверхностного натяжения от температуры. Графики поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от температуры формула. График зависимости поверхностного натяжения от температуры. Влияние концентрации пав на поверхностное натяжение. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации пав.
Изотерма поверхностного натяжения водного раствора пав. Зависимость поверхностного натяжения растворов пав от концентрации. Поверхностное натяжение воды схема. Сила поверхностного натяжения схема. Межфазное поверхностное натяжение. Высота подъема жидкости в капилляре.
Высота подъема жидкости в капилляре зависит от. Сила поверхностного натяжения в капилляре. Пленка жидкости поверхностное натяжение. Наблюдение поверхностного натяжения жидкости. Опыт с поверхностным натяжением воды мыла. Поверхностное натяжение воды опыты.
Поверхностное натяжение эксперимент. Формула коэффициента поверхностного натяжения мыльного пузыря. Давление внутри капли жидкости формула. Сила поверхностного натяжения капли формула. Коэффициент поверхностного натяжения пузыря. Высота h подъёма жидкости в капилляре выражается соотношением:.
Высота подъема жидкости в капилляре формула. Высота поднятия жидкости по капилляру. Поднятие жидкости в капилляре. График зависимости поверхностного натяжения от концентрации. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации.
Зависимость от наличия примесей Наличие примесей в жидкости может также влиять на величину коэффициента поверхностного натяжения. Примеси могут изменять межмолекулярные взаимодействия, приводя к изменению силы сцепления молекул у поверхности. Например, добавление поверхностно-активных веществ, таких как мыло или детергенты, может снизить коэффициент поверхностного натяжения. Это происходит за счет того, что эти вещества изменяют ориентацию молекул и уменьшают силу межмолекулярного взаимодействия. Зависимость от температуры жидкости Температура также оказывает значительное влияние на коэффициент поверхностного натяжения.
Обычно с увеличением температуры коэффициент поверхностного натяжения у жидкостей снижается.
Поверхностные явления
В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами см. Химические связи. Поверхность стекла водой смачивается, поскольку в стекле содержится достаточно много атомов кислорода, и вода легко образует гидрогенные связи не только с другими молекулами воды, но и с атомами кислорода. Если же смазать поверхность стекла жиром, водородные связи с поверхностью образовываться не будут, и вода соберется в капельки под воздействием внутренних водородных связей, обусловливающих поверхностное натяжение. В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели — сурфактанты, — не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности.
Их добавляют, например, в жидкие моющие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности грязных крапин после высыхания см.
Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?
Изменится незначительно, так как в формулу входит величина g - ускорения свободного падения. А мы знаем, что в разных точках Земли ускорение свободного падения различно. Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты, времени суток и других факторов.
Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше? Изменение диаметра трубки не может приводить к изменению измеряемой величины. Для определения поверхностного натяжения используется формула.
Если эти силы слабы и молекулы свободно двигаются, поверхностное натяжение будет ниже. С другой стороны, форма молекулярного скелета жидкости может также играть роль в определении ее поверхностного натяжения. Например, жидкости с длинными, цепкие молекулами могут образовывать сильные внутренние связи, что приводит к более высокому поверхностному натяжению. В итоге, поверхностное натяжение жидкости связано с ее молекулярной структурой и взаимодействием между молекулами.
Различия в этих структурах и силах приводят к разным значениям поверхностного натяжения в разных жидкостях. Атомная, молекулярная и деликтная теории поверхностного натяжения Атомная теория: Атомная теория поверхностного натяжения основывается на предположении о том, что поверхностное натяжение связано с взаимодействием атомов на поверхности жидкости. Атомы в жидкости находятся в постоянном движении, их положение на поверхности изменяется со временем. Это движение создает натяжение на поверхности жидкости.
Атомы соединяются в молекулы, и структура поверхности определяется химическим составом жидкости. Молекулярная теория: Молекулярная теория поверхностного натяжения основывается на предположении о существовании молекулярно-кинетической энергии. Молекулы в жидкости движутся случайным образом и сталкиваются между собой. Молекулярные силы притяжения и отталкивания между молекулами влияют на поверхностное натяжение.
Благодаря этим силам, молекулы на поверхности жидкости организовываются в компактный слой и создают натяжение. Деликтная теория: Деликтная теория поверхностного натяжения основывается на предположении о существовании внутренних деликтных сил внутри жидкости. Известно, что жидкость состоит из молекул, связанных друг с другом. Делектные силы между этими молекулами создают сопротивление изменениям формы жидкости.
Деликтные силы направлены внутрь жидкости и противодействуют деформации. Именно эти силы порождают поверхностное натяжение на границе раздела между жидкостью и воздухом. Роль водородных связей в поверхностном натяжении Водородные связи представляют собой электростатическое взаимодействие между атомами водорода, связанными с электроотрицательными атомами, такими как кислород, азот или фтор. В жидкостях, обладающих возможностью образовывать водородные связи, молекулы образуют сеть связей между собой, что приводит к более высокому поверхностному натяжению.
Водородные связи имеют свойства притягивать другие молекулы ко всему будучи притянутыми молекулярному возвышению, что способствует укреплению поверхности жидкости.
Представим себе состояние молекулы А в середине сосуда с водой фиг. Со всех сторон ее толкают другие молекулы. Кроме того, со всех сторон ее притягивают ближайшие соседи — и равнодействующая сила притяжения равна нулю. Силы, действующие на молекулы, в жидкости. Теперь рассмотрим другую молекулу В, находящуюся на поверхности воды. Ее тоже толкают, но не со всех сторон, и тоже притягивают, но не во всех направлениях. В области действия сил притяжения у нее есть соседи снизу и с каждой стороны, но нет соседей сверху. Равнодействующая сил притяжения направлена внутрь жидкости и уравновешивается действием столкновений снизу.
Таким образом, молекула В испытывает притяжение вниз, наподобие дополнительного веса. Во внутренних областях большой круглой капли молекулы будут, подобно молекуле А, испытывать равномерное притяжение со всех сторон. Молекулы на поверхности, подобно молекуле В, будут втягиваться внутрь. Так как такие молекулы В будут пытаться приблизиться к центру капли, поверхность будет стремиться сжаться; по существу создается впечатление, что капля имеет сжимающуюся оболочку. Очевидно, если на поверхности образуется гребень, молекулярное притяжение распрямит его, несмотря на мешающие возмущения небольшое углубление на поверхности также исчезнет, хотя это менее очевидно ; в результате притяжения молекул все неровности на поверхности будут сглаживаться фиг. Поверхностные силы в небольшой капле жидкости. Действующее на молекулы типа В притяжение соседей стремится придать массе жидкости сферическую форму. Заметьте, что сфера имеет минимальную поверхность при заданном объеме. Если на поверхности появляются небольшие неправильности, поверхностные силы стремятся устранить их.
Чтобы представить себе общую картину, сравните заполненную молекулами каплю с толпой людей, привлеченных уличной дракой. Прибывает все больше и больше заинтересованных зевак. Опоздавшие плохо видят, что происходит, они напирают на впереди стоящих — их притягивает любопытство, но они напирали бы так же, если бы их притягивали просто стоящие впереди соседи. Как влияет это притяжение к центру на толпу в целом? Подвижная толпа стягивается в круг с минимальным внешним периметром. Круг имеет меньшую протяженность периметра, нежели любая другая фигура с той же общей площадью. Человек А, находящийся в глубине толпы, оказывается сжатым, и если ему позволяет рост, то видит, что его неприятные ощущения вызваны напирающими на него людьми, нажимающими внутрь. Он будет страдать точно тай же, если накинуть на толпу огромный пояс и затягивать его. Натянутый пояс будет влиять на внешнюю форму толпы и на тесноту внутри нее точно так же, как и стремление людей, находящихся снаружи, пробиться к середине.
Поможет ли эта аналогия[72] понять, каким образом молекулярное притяжение оказывает то же действие, что и эластичная оболочка, растянутая по всей поверхности жидкости? С молекулярной точки зрения на поверхности жидкостей существует не реальная «шкурка», как у кролика, а особый слой внешних молекул. Соотношение между поверхностными и объемными эффектами. Насекомые и поверхностное натяжение Почему эта «оболочка» превращает маленькие капли в совершенные по форме шарики вопреки действию силы тяжести и не может сделать этого с более крупными лужами? С молекулярной точки зрения согласно нашей теории, если вам угодно это обусловлено особым поведением молекул, расположенных на поверхности. Эти силы действуют на поверхности и не связаны с основной массой жидкости. Но сила тяжести действует на всю жидкость, равным образом на ее внешние и внутренние слои. Поверхностное натяжение — это «поверхностный эффект», а вес — «объемный эффект», и их относительная важность будет изменяться в зависимости от реального размера капли или лужи. Представим себе, что поверхностные силы возрастают прямо пропорционально величине поверхности[73], тогда как вес, конечно, возрастает пропорционально объему.
Рассмотрим превращение небольшой капли в каплю, в 10 раз большую. Для простоты представим, что капли имеют вид кубиков[74]: маленького С1 фиг. Как соотносятся их поверхности? Кубические «капли». Сравнение поверхности и объема. Каждый куб имеет шесть граней. Куб с десятикратными линейными размерами имеет в 102, или в 100 раз, большую поверхность. Как соотносятся объемы этих кубов? Они соответственно равны а3 и 10а 3, т.
Объем одного куба превышает объем другого в 103, или в 1000 раз, и, следовательно, вес воды в нем будет в 1000 раз больше. При переходе от малого кубика к большому поверхностные эффекты возрастут только в 100 раз, но действие силы тяжести возрастет в 1000 раз; таким образом, ее относительное значение увеличится в 10 раз. На самом же деле силы поверхностного натяжения растягивают каждую границу, или край, поверхности. Поэтому они возрастают пропорционально линейным размерам, т. Для очень больших объемов сила тяжести во много раз превосходит влияние поверхностного натяжения; поэтому поверхность прудов плоская, а пролитое на пол ведро воды растекается под действием силы тяжести. На форму маленьких капель сильно влияет поверхностное натяжение, для очень маленьких капель это влияние становится определяющим. Для ныряющего в воду человека главную опасность представляет давление на него воды. Для крошечного клопа, ползущего по капле дождя, непреодолимы силы поверхностного натяжения. Теперь понятно, почему маленькие водяные насекомые могут бегать по поверхности пруда не проваливаясь?
Они ничем не рискуют: большинство из них водой не смачивается и провалиться не может. Даже если их насильно затолкнуть под воду, они немедленно выскочат наружу, причем помогает им поверхностный слой. Для крошечных насекомых, тело которых имеет способность намокать, капля воды оказывается тюрьмой. Частично смачиваемые водой насекомые могут держаться на ее поверхности, если они достаточно малы, но, погрузившись однажды в воду, случайно проскочив через упругую поверхность, они уже не смогут выбраться наружу. В жизни еще более мелких существ, например микробов, все определяется поверхностными силами; вес едва ли имеет для них какое-либо значение. Весь контакт с внешним миром они осуществляют через свою поверхность; через нее поступает пища, и, если они хотят двигаться, им надо изменять-форму своей поверхности. Не удивительно поэтому, что такие существа можно уничтожать с помощью ядов, которые покрывают их поверхность, подобно тому как краска наносится на волокна одежды. Размышления завели нас далеко от экспериментальных фактов. Некоторые из развитых идей подтверждаются последующими опытами, другие стоят лишь немногим более простой игры воображения, и их следует использовать только в той мере, в какой они приводят к плодотворным предположениям.
Краевой угол с молекулярной точки зрения Все же мы можем развить дальше молекулярную картину и обсудить, как жидкости соприкасаются с твердыми телами, т. Возвращаясь к небольшим лужицам на столе и к классификации по краевым углам, нарисуем каплю, поверхность которой принимает выпуклую форму под влиянием поверхностных сил, действующих на молекулы фиг. Поверхностное натяжение и краевой угол с молекулярной точки зрения. В том месте, где лужица соприкасается со столом, угловые молекулы должны также притягиваться столом. Совместное притяжение стола и жидкости и определяет краевой угол. Складывая силы притяжения как векторы, получаем равнодействующую R сил притяжения со стороны соседних молекул как жидкости, так и стола. Для поверхности жидкости эта равнодействующая играет роль «вертикали», и поверхность расположится перпендикулярно к ней, точно так же, как поверхность большой лужи принимает горизонтальное положение, перпендикулярно силе тяжести. Итак, краевой угол определяется направлением равнодействующей сил притяжения R; прежде чем продолжить обсуждение, рассмотрим подробнее силы, которые определяют форму поверхности. Молекулярные силы и поверхность жидкости Чтобы понять, почему поверхность жидкости располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения R, вернемся к обсуждению сил, действующих на молекулу.
На молекулы действуют: дальнодействующие силы: б притяжение соседей только в пределах нескольких диаметров молекул ; короткодействующие силы: в сильное отталкивание во время столкновений с соседями на расстоянии долей диаметра молекулы. Для описания поведения молекул вряд ли стоит применять термин «равновесие», но все же можно сказать, что в покоящейся жидкости каждая молекула в среднем находится в равновесии. Коротко- и дальнодействующие силы. На любую молекулу на поверхности жидкости короткодействующие силы действуют со всех сторон и снизу, поэтому равнодействующая будут перпендикулярна поверхности. Равнодействующая дальнодействующих сил, которая уравновешивает эти короткодействующие силы, должна иметь противоположное направление, а следовательно, она также будет перпендикулярна поверхности. Из последнего утверждения следует и обратное — поверхность должна быть перпендикулярна равнодействующей сил притяжения, в противном случае все силы перемещали бы поверхность, пока она не приняла бы этого положения. Конечно, в молекулярном масштабе сама поверхность исчезает в хаосе беспорядочных движений, подобно границе толпы. Она представляется гладкой, только когда ее рассматривают издалека. Две из названных сил действуют на поверхность и меняют свое направление, когда поверхность изгибается.
Это — короткодействующее отталкивание и дальнодействующее притяжение соседей. Третья сила — земное притяжение — всегда направлена вертикально вниз. В большом пруду основное направление задается силой тяжести, которая превращает всю поверхность в горизонтальную плоскость; поэтому две другие силы также вертикальны. На молекулы же, расположенные вблизи твердой стенки или на поверхности небольшой искривленной капли, притяжение соседей влияет намного больше, чем сила тяжести. Поэтому для объяснения искривленного мениска или краевого угла силой тяжести можно пренебречь. Просто говорят: «Поверхность располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения, которые действуют на молекулу, находящуюся на поверхности». Краевой угол и молекулярные силы Чтобы объяснить природу краевого угла с точки зрения молекулярных сил, рассмотрим силы притяжения, действующие на молекулу С, которая находится в том месте, где лужица жидкости соприкасается с твердым столом фиг. Силы, действующие на молекулу, находящуюся на краю небольшой лужицы жидкости. Лужица находится на столе, который сильно притягивает молекулы жидкости.
Во-первых, на нее действует притяжение соседей, находящихся внутри слоя жидкости; равнодействующая этих сил равна F1 и направлена по биссектрисе угла клина направление подсказано симметрией. Во-вторых, ее притягивают молекулы твердого стола с равнодействующей F2, которая перпендикулярна столу снова по соображениям симметрии. Векторное сложение сил F1 и F2 и дает их равнодействующую R; поверхность жидкости должна расположиться перпендикулярно R. Это схематически изображено на фиг. В таком случае краевой угол невелик и жидкость смачивает стол. Можно сказать, что сильно притягивающий стол побуждает жидкость растекаться. Таким образом, смачивание зависит от относительной силы молекулярного притяжения. Если молекулы жидкости притягиваются молекулами твердого тела сильнее, чем соседними молекулами самой жидкости, жидкость будет смачивать стол и растекаться. С другой стороны, если молекула жидкости предпочитает своих собратьев молекулам стола, силу F1 следует нарисовать больше F2 и картина примет такой вид, как на фиг.
Для «водоотталкивания», по-видимому, требуется, чтобы молекулы жидкости испытывали со стороны соседних молекул стола меньшее притяжение, чем со стороны соседних молекул жидкости. Лужица находится на столе, который слабо притягивает молекулы жидкости. Водоотталкивание и смачивание Таково молекулярное объяснение смачивания и краевого угла. Разве это не просто волшебная сказка, выдуманная для того, чтобы свести концы с концами? Нет, это объяснение совсем не так плохо, поскольку оно основано на молекулярных представлениях, которые используются в других областях физики и химии. Кроме того, оно позволяет сделать полезные рекомендации: 1 Для улучшения смачивания мечта прачек надо сделать F2 больше, чем F1, т. Это можно осуществить, применяя молекулы-посредники, которыми на практике являются молекулы мыла. Таким образом, мы раскрыли секрет мыла и указали путь к созданию новых синтетических моющих средств. На вопрос: «Какой толщины должно быть покрытие?
На вопрос: «Какова толщина молекулы? Это особенно заметно, когда жидкости поднимаются в очень узких трубках; «капиллярность» — полезное свойство жидкостей, и мы сейчас его разберем. Нагрейте кусок стеклянной трубки, растяните его в очень тонкую трубку и опустите один ее конец в чернила фиг. Окрашенная вода поднимается вверх вопреки силе тяжести, опровергая правило: «вода в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне». Однако в U-образной трубке с колонами разного сечения жидкость все же устанавливается на одном уровне фиг. Если вспомнить обсуждение относительной роли поверхностных и объемных эффектов, можно догадаться, что влияние поверхностного натяжения будет более заметно в приборах малых размеров; например, в небольшой U-образной трубке фиг. Конечно, это то же самое, что мы уже видели при погружении тонкой трубки в чернила. Наброски, представленные на фиг. Если жидкость поднимается в тонких трубках, то в еще более тонких она должна подняться еще выше.
Проверьте это см. Капиллярные явления. Поскольку это следствие поверхностного натяжения проявляется в трубках, «тонких, как волос», оно получило название от латинского слова «волос» — capilla. Таким образом, капиллярность — это старое название поверхностного натяжения, которое еще применяется, чтобы охарактеризовать поведение жидкостей в тонких трубках. Это красивое название, но оно не объясняет подъема жидкости. Сказать, что вода поднимается по тонкой трубке вследствие капиллярности, по существу то же, что сказать «вследствие поведения тонких трубок». Рассматривая через увеличительное стекло мениск поверхность жидкости в тонкой трубке, мы увидим, что он висит, как прикрепленный к стеклу изогнутый мешок, весьма похожий на одеяло пожарников, которые ловят выбрасывающегося из окна горящего дома тяжелого мужчину фиг. Снова возникает мысль о резиновой оболочке. Если измерить силы, удерживающие оболочку, то видно, что эти же силы определяют форму маленьких капель.
Можно даже говорить, что оболочка удерживает поднимающуюся по трубке жидкость[75], но более реально говорить о молекулах, которые вскарабкиваются по внутренней поверхности трубки и образуют изогнутый мениск. Жидкости поднимаются не только в круглом стеклянном капилляре. Капиллярность проявляется в любом узком пространстве. Когда вода стекает между щетинками малярной кисти или увлажняет в ванне ваши волосы, то она заполняет не полые волоски, а узкие промежутки между отдельными волосками. На таком поведении жидкостей основано всасывание масла в ламповый фитиль, воды в банное полотенце и т.
Загадки поверхностного натяжения: почему жидкость любит себя?
Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности. Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). Поверхностное натяжение это физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения F, приложенной к границе поверхностного слоя жидкости и направленной по касательной к поверхности, к длине L этой границы. Поверхностное натяжение различных жидкостей неодинаково, оно зависит от их мольного объёма, полярности молекул, способности молекул к образованию водородной связи между собой и др. Знание о зависимости поверхностного натяжения от рода жидкости является важным для множества процессов и приложений.
Поверхностное натяжение жидкости - формулы и определение с примерами
Летом для перевозки на санях единицы груза придется затратить намного больше энергии, чем зимой, так как разная при этом будет сила трения полозьев о поверхность. Точно так же обстоят дела и при использовании поверхностно-активных веществ — они уменьшают водородные связи между молекулами воды и поверхность последней при этом увенчивается. Но тибетские физики или только Фланаган полагали, что снижение поверхностного натяжения происходило в результате затраты некоей энергии, поэтому они и ставили такой вопрос — откуда берется эта энергия. Ответ был так же прост, как и бездоказателен — энергию поставляют сверхновые звезды. Мне кажется, что всем давно уже должно быть ясно, что все мы живем за счет энергии одного лишь Солнца.
А от сверхновых звезд к нам приходит столько энергии, что в лучшем случае благодаря этому они сами на некоторое время становятся видимыми, а поэтому вряд ли такое количество энергии может как-то повлиять на поверхностное натяжение жидкостей. Поэтому этот исследователь и стремился в дальнейшем найти приемлемый способ понижения поверхностного натяжения воды, не поясняя механизма связи этого фактора со здоровьем человека. И если мы отбросим в сторону весь тот частокол из слов, которым Кристофер Бёрд окружил исследования Фланагана, то станет ясно, что последний нашел в хунзакутской воде одно только необычное качество — ее поверхностное натяжение было ниже поверхностного натяжения обычной воды. И все последующие исследования Фланагана велись уже только в этом направлении.
Слишком даже живая. Ею можно стирать белье без мыла, отбеливателей, без стиральной машины. Но она не опьяняет человека, а дает огромный прилив сил — замечает исследователь. То, что в такой воде можно стирать без мыла, легко понять — мыло снижает поверхностное натяжение воды, а в указанном выше случае поверхностное натяжение значительно снижается не с помощью мыла, а с помощью каких-то иных веществ.
Ну и что с того — для стирки ведь важен сам фактор снижения поверхностного натяжения. Объяснение, на мой взгляд, самое простое. Такое быстрое действие алкогольных напитков объясняется очень быстрым проникновением их в кровь благодаря низкому поверхностному натяжению, а точнее — благодаря ослабленным водородным связям в этих жидкостях. Старик приобретает прыткость молодого.
Здесь я снова хочу напомнить читателям, что высокое поверхностное натяжение воды обеспечивают прежде всего водородные связи, имеющиеся между молекулами воды. И если мы видим по конечному результату некоего воздействия на воду, что ее поверхностное натяжение значительно снижается, то можем предполагать, что в основе такого снижения лежит разрыв водородных связей между множеством молекул воды. Например, входя в воду, мы никак не чувствуем поверхностного натяжения этой воды и также не чувствуем суммарного действия водородных связей между молекулами воды. Но если вода замерзнет, то мы спокойно можем пройти, а то и проехать на машине по льду, — на поверхности воды нас будут удерживать водородные связи.
А при температуре нашего тела оно равно 70 единицам. Как видите, с повышением температуры воды все больше водородных связей разрывается. Почему хунзакутская вода имеет пониженное поверхностное натяжение — Фланаган об этом ничего не говорит. И неужели в хунзакутской воде нет больше ничего примечательного кроме пониженного поверхностного натяжения?
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.
Так на молекулы в поверхностном слое действует некомпенсированная сила со стороны внутренних слоев. По теоретическим оценкам это давление составляет примерно 11 тыс. Расстояние между молекулами воды можно вычислить через число Авогадро, молярную массу и плотность воды:. Поэтому сила указанная на рис.
Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический термодинамический и силовой механический. Энергетическое термодинамическое определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое механическое определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости [1]. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. В СИ он измеряется в ньютонах на метр.
Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости из-за различной структуры и взаимодействия молекул вещества. Важно понимать, что поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и может быть сильным или слабым в зависимости от типа взаимодействия между молекулами. Почему поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости?