Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости). Для чистых жидкостей поверхностное натяжение зависит от природы жидкости и температуры, а для растворов – от природы растворителя, природы и концентрации растворенного вещества.
Поверхностное натяжение
Правильный ответ здесь, всего на вопрос ответили 1 раз: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? Температурная зависимость поверхностного натяжения между жидкой и паровой фазами чистой воды Температурная зависимость поверхностного натяжения бензола Поверхностное натяжение зависит от температуры. Поверхностное натяжение и температура Поверхностное натяжение жидкости зависит от различных факторов, включая род жидкости и температуру. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода воды).
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости кратко
| Форум самогонщиков, пивоваров, виноделов | Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение. |
| почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости- вопрос-ответ | Поверхностное натяжение жидкости зависит от. Причины поверхностного натяжения. |
| Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы | Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности. |
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
Так же ведет себя вода в невесомости. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Например, их добавляют в жидкие средства для посудомоечных машин.
Обычно с увеличением температуры коэффициент поверхностного натяжения у жидкостей снижается. Это связано с увеличением средней кинетической энергии молекул и усилением их движения. Более активные молекулы могут преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия и слабее притягиваться друг к другу. В результате, сила на единицу длины на поверхности жидкости уменьшается, что приводит к снижению коэффициента поверхностного натяжения. Выводы Коэффициент поверхностного натяжения зависит от ряда факторов, включая род жидкости, наличие примесей и температуру. Знание этих зависимостей позволяет не только более глубоко понять поведение жидкостей на границе раздела фаз, но и применять их в реальной жизни.
С помощью мыльного раствора создается пленка между двумя металлическими стержнями. Эта пленка стягивает два стержня, будто пружинка. Вода удерживается над стаканом силами поверхностного натяжения Еще один классический эксперимент, который каждый может повторить дома, на работе, в детском саду,... В стакан наливают воду до краев и начинают дозированно увеличивать объем содержимого. Можно использовать пипетку или докидывать в стакан небольшие тела. Аналогичный опыт проводят с монеткой. Мы с вами видели, как мыльная пленка стягивала два металлических стержня. Это приводит к довольно интересной вещи - капельки ртути силами поверхностного натяжения стягиваются так, что представляют собой практически идеальные шарики, если они небольшого размера. С увеличением размера капли сил натяжения больше не хватает, и капля "расползается". Поэтому при плавке золото собирается в большой красивый шарик, который даже при больших размерах имеет почти идеальную сферическую форму. Капиллярный эффект Поверхностное натяжение жидкости является причиной появления капиллярного эффекта. Если окунуть кончик тонкой трубочки капилляра в жидкость, то жидкость начнет подниматься по трубочке на достаточно большую высоту. Затягивает жидкость туда как раз сила натяжения, которую постепенно уравновешивает сила тяжести. Высота подъема зависит от двух факторов - она увеличивается при увеличении коэффициента поверхностного натяжения данной жидкости и при уменьшении диаметра трубочки. Предлагаю вашему вниманию три опыта на эту тему. Окрашивание растений за счет капиллярного эффекта Считается, что благодаря капиллярному эффекту происходит очень важный процесс - питание живых растений водой. Вода поднимается по тонким капиллярам внутри стебля именно благодаря поверхностному натяжению жидкости. Существует очень простой, понятный и красивый опыт, демонстрирующий капиллярный эффект в растениях.
Очевидно, что величина поверхностной энергии тем больше, чем больше площадь свободной поверхности. Коэффициент поверхностного натяжения — величина, численно равная работе, совершенной молекулярными силами при изменении площади свободной поверхности жидкости на 1 м2 при постоянной температуре. Так как любая система, предоставленная сама себе, стремится занять такое положение, в котором ее потенциальная энергия наименьшая, то жидкость обнаруживает стремление к сокращению свободной поверхности. Поверхностный слой жидкости ведет себя подобно растянутой резиновой пленке, то есть все время стремится сократить площадь своей поверхности до минимальных размеров, возможных при данном объеме. Например, капля жидкости в состоянии невесомости имеет сферическую форму. Поверхностное натяжение Свойство поверхности жидкости сокращаться можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Молекула M1 рис. В целом она действует так, что стремится сократить поверхность жидкости. После извлечения рамки из раствора мыльной пленки подвижная часть перемещается из положения 1 в положение 2. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей. При увеличении температуры он уменьшается. Примеси в основном уменьшают некоторые увеличивают коэффициент поверхностного натяжения. Таким образом, поверхностный слой жидкости представляет собой как бы эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать ее в одну «каплю». Такая модель эластичная растянутая пленка позволяет определять направление сил поверхностного натяжения. Например, если пленка под действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения.
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости
Молекула ПАВ из-за своего дифильного строения по-разному взаимодействует с молекулами воды в растворе: полярная часть легко гидратируется благодаря этому идет растворение молекул ПАВ — этот процесс энергетически очень выгоден , неполярный углеводородный радикал, слабо взаимодействуя с водой, препятствует межмолекулярному взаимодействию диполей воды друг с другом. В результате на поверхности образуется определённым образом ориентированный адсорбционный слой, в котором полярная часть обращена в воду, а неполярный радикал - в контактирующую фазу например, в воздух. При этом уменьшается избыточная поверхностная энергия, а, следовательно, и поверхностное натяжение. Кривая 3 на рис.
А мы уже знаем, что поверхностное натяжение стремится уменьшить площадь поверхности жидкости, а поэтому, чтобы увеличить эту поверхность при неизменном поверхностном натяжении, мы должны затратить определенную энергию. Снижение же поверхностного натяжения равноценно по своему результату увеличению поверхности жидкости затрате некоторого количества энергии, чего на самом деле не происходит. Это можно сравнить с перемещением груза на санях в разное время года. 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.
Изменение площади, в свою очередь можно определить следующим образом: , — длина подвижной части проволочной рамки. Учитывая это, можно записать, что работа внешней силы равна. Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, которая действует на единицу длины линии, ограничивающей поверхность Проявления сил поверхностного натяжения в природе Итак, мы еще раз убедились в том, что жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной. Можно показать, что при заданном объеме площадь поверхности будет минимальной у шара. Таким образом, если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать сферическую форму. Так, например, будет вести себя вода в невесомости рис.
Вода в невесомости Рис. Мыльные пузыри Наличием сил поверхностного натяжения также можно объяснить то, почему металлическая иголка «лежит» на поверхности воды рис. Иголка, которую аккуратно положили на поверхность, деформирует ее, увеличивая тем самым площадь этой поверхности. Таким образом, возникает сила поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, и она скомпенсирует силу тяжести. Иголка на поверхности воды Таким же образом можно объяснить принцип действия пипетки. Капелька, на которую действует сила тяжести, вытягивается вниз, тем самым увеличивая площадь своей поверхности. Естественно, возникают силы поверхностного натяжения, равнодействующая которых противоположна направлению силы тяжести, и которые не дают капельке растягиваться рис.
Когда вы нажимаете на резиновый колпачок пипетки, вы тем самым создаете дополнительное давление, которое помогает силе тяжести, и в результате, капля падает вниз.
RU - помощь студентам и школьникам Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? В 19:58 поступил вопрос в раздел Физика, который вызвал затруднения у обучающегося. Вопрос вызвавший трудности Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? Ответ подготовленный экспертами Учись. Ru Для того чтобы дать полноценный ответ, был привлечен специалист, который хорошо разбирается требуемой тематике "Физика". Ваш вопрос звучал следующим образом: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? После проведенного совещания с другими специалистами нашего сервиса, мы склонны полагать, что правильный ответ на заданный вами вопрос будет звучать следующим образом: Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии.
почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости
Поверхностное натяжение зависит. Поверхностное натяжение раствора зависит от. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от рода жидкости. Величина поверхностного натяжения зависит от.
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от. От каких факторов зависит коэффициент поверхностного натяжения?. Факторы влияющие на поверхностное натяжение.
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости зависит от. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкости. От чего зависит коэффициент поверхности натяжения жидкости.
От каких параметров зависит коэффициент поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение. Поверхностное натяжени.
Поверхностное натяжение это в химии. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости таблица. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости физика 10 класс.
Формула нахождения коэффициента поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения парафина. От чего зависитповерэностное нат.
От каких факторов зависит поверхностное натяжение. Зависимость поверхностного натяжения жидкости от температуры. Как зависит коэф поверхностного натяжения от температуры.
Pfdbcbvjcnm gjdth[yjcnyjuj yfnz;tybz JN ntvgthfnehs. Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры. Формула коэффициента натяжения жидкости.
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Формула для расчета коэффициента поверхностного натяжения. Коэффициент тповерхностное натяжение.
Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры. Поверхностное натяжение мыльного раствора. Поверхностное натяжение воды.
Эксперимент натяжение воды. Коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора. Коэффициент поверхностного натяжения.
Факторы влияющие на величину поверхностного натяжения жидкости. Влияние концентрации на поверхностное натяжение. Факторы влияющие на поверхностное натяжение жидкости.
Зависимость поверхностного натяжения от температуры. Коэффициент поверхностного натяжения от температуры формула. Почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры.
Зависимость поверхностного натяжения от примесей. Коэффициент поверхностного натяжения зависит. Поверхностное натяжение воды при.
Поверхностное натяжение от температуры. Температурный коэффициент поверхностного натяжения. Коэффициент натяжения жидкости.
Формула для расчета поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение жидкости физика. Поверхностное натяжение раствора формула.
Работа поверхностного натяжения формула. Коэффициент поверхностного натяжения физика. Коэффициент поверхностного натяжения выражается соотношением:.
Коэффициент поверхности натяжения. Формула поверхностного натяжения физическая химия. Формула поверхностного натяжения воды в химии.
Следовательно, твердые тела, как и жидкости, обладают поверхностным натяжением. При рассмотрении явлений на границе раздела различных сред следует иметь в виду, что поверхностная энергия жидкости или твердого тела зависит не только от свойств данной жидкости или твердого тела, но и от свойств того вещества, с которым они граничат. Только если одно вещество газообразно, химически не реагирует с другим веществом и мало в нем растворяется, можно говорить просто о поверхностной энергии или коэффициенте поверхностного натяжения второго жидкого или твердого тела. Граница жидкости, газа и твердого тела Если граничат друг с другом сразу три вещества: твердое, жидкое и газообразное рис.
В частности, контур, по которому граничат все три вещества, располагается на поверхности твердого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться т. Из рис. В соответствии с 37. Это имеет место в двух случаях.
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. В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения. В 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников [2] , что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к шарообразным.
Ответы на контрольные вопросы. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? Поверхностное натяжение зависит от силы притяжения между молекулами. У молекул разных жидкостей силы взаимодействия разные, поэтому поверхностное натяжение разное. Также поверхностное натяжение зависит от наличия примесей в жидкости, потому что, чем сильнее концентрация примесей в жидкости, тем слабее силы сцепления между молекулами жидкости.
Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
Поверхностное натяжение жидкости зависит от её рода из-за молекулярных сил, действующих на поверхности жидкости. Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности. По причине воздействия сил поверхностного натяжения на капли жидкости и их действия внутри мыльных пузырей появляется некоторое избыточное давление.
Поверхностное натяжение и его зависимость от температуры и рода жидкости
Консультацию по вопросам и домашним заданиям может получить любой школьник или студент. Почему поверхностное натяжение зависит от рода воды? Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
В отличие от молекул в глубине жидкости, молекулы, располагающиеся в пограничном ее слое, окружены другими молекулами этой же жидкости не со всех сторон. В среднем воздействующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул силы межмолекулярного взаимодействия взаимно скомпенсированы.
Каждая отдельно взятая молекула в пограничном слое притягивается находящимися внутри жидкости молекулами. При этом, силами, которые оказывают воздействие на такую молекулу жидкости со стороны молекул газа можно пренебречь.
Поверхностное натяжение. Физическая химия. Поверхностное натяжение Поверхностное натяжение видео 3 - Силы межмолекулярного взаимодействия - Химия Коэффициент поверхностного натяжения.
Но чем благоприятно для организма человека уменьшение числа водородных связей в воде или ослабление этих связей? Я боюсь, что уже утомил читателей этой главой, а поэтому хочу побыстрее ее закончить. В этой главе мы кратко выяснили, что собой представляют водородные связи, какое влияние они оказывают на поверхностное натяжение воды. А по величине поверхностного натяжения можно судить и о величине водородных связей. Поэтому мы будем; знать, что, уменьшая величину поверхностного натяжения воды, мы одновременно уменьшаем и величину водородных связей. И что же нам дает уменьшение величины водородных связей? Прежде всего, чем прочнее водородные связи, тем выше вязкость воды. Стоит ли говорить как важно для нашей кровеносной системы иметь менее вязкую кровь?
Мы уже знаем, что добавление в воду этилового спирта понижает поверхностное натяжение получающейся смеси. Точно так же мы можем подкислить воду одной из органических кислот и тоже получим пониженное поверхностное натяжение такой воды. То есть добавлением в воду спирта или органической кислоты мы уменьшаем число водородных связей между молекулами воды, вследствие чего понижается ее вязкость. А если перевести все это на кровь, то точно таким же способом можно понизить и вязкость крови. Именно вязкость крови нас прежде всего и должна интересовать при рассмотрении водородных связей. Каким же образом этиловый спирт и органические кислоты могут снижать поверхностное натяжение воды? Одной из причин является внедрение крупных молекул спирта или кислоты между молекулами воды. Но у кислот имеется еще и другое специфическое свойство — они увеличивают концентрацию ионов водорода в воде, которые и прерывают многие водородные связи между молекулами воды.
Как это происходит? Ионы водорода, находящиеся в воде, называют гидратированными ионами, так как вода очень энергично взаимодействует с такими ионами. По сути мы не найдем в воде одиноких ионов водорода — вокруг каждого из них располагается четыре молекулы воды, причем атомы кислорода притянуты к этому иону водорода, а на внешней оболочке такого комплекса находятся восемь атомов водорода, несущих положительный заряд. Ясно, что водородных связей между такими комплексами уже нет. Этот ион называется ионом гидроксония. Атом кислорода в таком ионе окружен тремя эквивалентными атомами водорода. И между такими ионами гидроксония уже нет никаких водородных связей, а появляются лишь силы отталкивания. Источник Поверхностное натяжение жидкости — формулы и определение с примерами Содержание: Поверхностное натяжение жидкости: В отличие от газов жидкости имеют свободную поверхность.
Молекулы, расположенные на поверхности жидкости, и молекулы внутри жидкости находятся в разных условиях: a молекулы внутри жидкости окружены другими молекулами жидкости со всех сторон.
Загадки поверхностного натяжения: почему жидкость любит себя?
Таким образом, можно дать еще одно определение коэффициента поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения — скалярная физическая величина, равная отношению изменения потенциальной энергии поверхностного слоя к изменению площади поверхности этого слоя. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и от ее температуры. Поверхностное натяжение существенно зависит от примесей, имеющихся в жидкостях. Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно-активными веществами ПАВ.
Наиболее известным поверхностно-активным веществом относительно воды является мыло. Относительно воды поверхностно-активными являются эфиры, спирты, нефть т. С молекулярной точки зрения влияние поверхностно-активных веществ объясняется тем, что силы притяжения между молекулами жидкости больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости и примеси.
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. 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.
Рассмотрите форму небольших капель: Опыт 1. Капли, капающие из водопроводного крана. Опыт 2. Лужицы жидкости на столе: а вода на чистом стекле; б вода на стекле, покрытом воском; в ртуть на стекле.
Их форма грубо изображена на фиг. Действительно ли слеза на щеке героини имеет ту форму, которая изображается на рисунках в романах? Опыт 3. Капли дождя представляют собой идеальные шарики, но за ними непосредственно наблюдать очень трудно.
Два источника позволяют получить косвенные доказательства: размер и положение которая появляется точно в том месте, где ей следует быть, лишь при условии, что капли дождя круглые если бы капли имели неправильную форму, положение радуги смещалось бы , и форма свинцовой дроби, получаемой по старинному способу в дроболитейных башнях фиг. Задача 1 Маленькая капелька дождя на рукаве шерстяного костюма имеет сферическую форму, а большая капля воды на натертом воском полу принимает более плоскую форму. Специальные приборы. Следующий шаг — это применение в науке необходимых приборов или инструментов.
С помощью проекционного фонаря понаблюдайте за каплями, изображенными на фиг. Если покажется, что вода движется слишком быстро, попробуйте нанести капли вязкого масла с помощью медицинской пипетки. Опыт 4. Если вы понаблюдали за всем семейством капель и лужиц разного размера, подобных тем, которые представлены на фиг.
Определите свойства, общие для большинства капель. Опыт 5. Устраните почти полностью влияние силы тяжести, используя для этого другую жидкость, например анилин коричневая ядовитая жидкость немного тяжелее воды. Из бюретки, погруженной в воду, капли анилина образуются очень медленно — сначала на конце трубки появляется и медленно растет «мешок» из анилина, затем появляется тонкая шейка и капля быстро отрывается, после чего шейка превращается в меньшую каплю, которая следует за первой фиг.
Опыт 6. Иногда на поверхности воды плавают небольшие предметы, которые, казалось бы, должны были бы потонуть, например слегка намазанные жиром иглы или лезвие бритвы, некоторые виды водяных жуков фиг. Такое впечатление, что их поддерживают какие-то необычные силы. Поверхностное натяжение.
Мыльные пленки. Поверхностные свойства жидкостей удобно наблюдать на мыльных пузырях и пленках, которые «состоят только из поверхности и не имеют внутренности» и вес которых слишком мал, чтобы он мог противостоять поверхностным силам. На фиг. Опыт 7.
Мыльный пузырь на воронке сжимается, задувая пламя свечи фиг. Опыт 8. На проволочной рамке, нижний край которой подвижен, создается мыльная пленка. Ее растягивают, спуская за нить скользящую часть шторы вниз, а затем нить отпускают фиг.
Опыт 9. На квадратной проволочной рамке создают мыльную пленку. На пленку кладут шелковую нить, связанную в виде небольшой петли фиг. Затем пленку внутри петли разрывают.
Опыт 10. Опыт «оконная штора» повторяют с помощью рамки, имеющей подвижные стержни сверху и снизу фиг. Верхний стержень удерживается небольшой пружиной. Мыльная пленка создается между двумя стержнями, после чего нижний стержень двигают с помощью нити вверх и вниз.
Опыт 11. На концах Т-образной трубки выдувают два мыльных пузыря разного размера фиг. Затем конец, через который производили выдувание, закрывают, и оба пузыря остаются соединенными. Мыльные пузыри.
Задача 2 Запишите ваши наблюдения о каждом из описанных опытов, а затем скажите, какие выводя можно сделать из них относительно мыльных пленок и их «поверхностного натяжения». Плоская фигура с максимальной площадью при заданном периметре есть круг. Важное следствие из опыта 8 исключает простейшее объяснение опыта 11. Общие пояснения Что говорят эти опыты о поверхностях жидкостей?
Капли, образующиеся в водопроводном кране, выглядят так, как будто они заключены в резиновый мешок. Взяв настоящую оболочку из тонкой резины, мы можем сделать большую искусственную «каплю», которая по мере того, как внутрь оболочки будет вливаться все больше воды, примет форму реальной капли; однако возрастающее натяжение резины помешает точной аналогии. Капли дождя и лужицы жидкости на столе, по-видимому, стремятся принять круглую форму, что также наводит на мысль об оболочке, которая сжимает их и противодействует силе тяжести. Обдумав эти наблюдения, можно сделать два вывода, расплывчатых и рискованных, но заслуживающих дальнейшей проверки.
Поверхности жидкостей ведут себя так, будто их удерживает эластичная оболочка, стремящаяся придать им круглую форму. Классификация и терминология Поверхностное натяжение. Все описанные явления называют «эффектами поверхностного натяжения» и говорят, что жидкость имеет поверхностное натяжение, подобное натяжению растянутой резиновой оболочки. Пока это просто удобное название, которое само по себе не может ничего доказать или объяснить.
В лучшем случае оно стимулирует обсуждение и позволяет легко определить, о чем идет речь. В худшем случае — приводит людей к неправильной мысли о том, что на поверхности существует реальная пленка, которую можно содрать с капли, как шнурку с кролика. Краевой угол. По своей форме лужицы жидкости на столе делятся на два типа.
Если стол наклонить, то такие капли будут скатываться. Эти два случая различаются по углу А угол внутри жидкости между поверхностью стола и поверхностью жидкости в месте их соприкосновения , который называют краевым углом. Тот же угол существует и на других границах раздела, например в том месте, где поверхность воды встречается со стенками стакана. Если угол А мал, жидкость смачивает твердую поверхность.
Это снова только название. Выбрав этот угол и дав ему название, мы ничего не узнали и не объяснили, а лишь облегчили обсуждение[68]. Попытка построить теорию Молекулы. Примем данное химиками определение молекул как мельчайших частиц вещества, из которых построены более крупные предметы, и приведем несколько рассуждений.
Хотя такие предметы, как молекулы, видимо, существуют, их в обычный микроскоп не видно впоследствии, правда, будут приведены убедительные косвенные доказательства их существования , поэтому они должны быть очень малы и многочисленны. Судя по тому, как жидкости льются, их молекулы, очевидно, легко скользят относительно друг друга. Жидкость трудно сжимается; это наводит на мысль, что молекулы в ней расположены тесно. Другие данные, с которыми вы познакомитесь позднее, позволяют думать, что молекулы жидкости постоянно находятся в быстром движении, сталкиваясь друг с другом, подобно людям в толпе, причем с повышением температуры движение это усиливается.
Действительно, поведение жидкости можно имитировать с помощью стальных шариков или зерен песка, если эти большие «молекулы» заставить непрерывно вибрировать. Молекулярные силы: притяжение и отталкивание. Рассмотрим жидкость с точки зрения такой молекулярной картины. Сразу же возникает мысль, что молекулы жидкости сопротивляются их растаскиванию в разные стороны, т, е.
Вода в наполовину полном кувшине не расширяется и не улетучивается в отличие от газа, который стремится заполнить весь сосуд и быстро улетучивается, или диффундирует. Если сосуд открыт, жидкость остается в сосуде и ее молекулы, по-видимому, притягивают друг друга. Пока мысль о притяжении является лишь смутной догадкой. Именно в поверхностном натяжении, как и в некоторых других явлениях, эта мысль находит основательное подтверждение.
Тот факт, что жидкости сильно сопротивляются сжатию, говорит о сопротивлении молекул жидкости более тесному сближению; следовательно, они должны отталкивать друг друга. Таким же образом должны вести себя и молекулы газа при очень тесном сближении[69], и молекулы твердых тел[70]. Например, молекулы указательного и большого пальца отталкиваются при сжатии — какая другая причина могла бы помешать пальцам проникнуть один в другой? Но твердые вещества тоже сопротивляются попыткам растащить их в разные стороны; молекулы этих веществ должны притягивать друг друга.
Мы представляем себе, что между молекулами твердых тел действуют два типа сил: силы отталкивания, которые, как показывает опыт, действуют только на очень малых расстояниях, т. В обычном ненапряженном твердом теле каждая молекула занимает нейтральное положение, так что равнодействующая этих сил равна нулю. При сжатии твердого тела возрастающее отталкивание между молекулами оказывает сопротивление. Молекулы в твердом теле, жидкости и газе.
Молекулы сохраняют более или менее постоянное положение, но по мере нагревания тела они колеблются все больше и больше; б — в жидкостях молекулы расположены близко друг к другу, как в твердых телах, но свободно перемещаются среди своих соседей. Чем выше температура, тем быстрее движение и тем более бурно происходят столкновения молекул; в — в газах молекулы находятся далеко друг от друга и быстро движутся, время от времени сталкиваясь чем выше температура, тем быстрее они движутся. Во время столкновений молекулы должны отталкиваться, в остальное время их действие друг на друга пренебрежимо мало. При растяжении твердого тела отталкивание уменьшается больше, чем притяжение, и снова возникает напряжение, сопротивляющееся нашим усилиям.
Опыты показывают, что притяжение действует не на очень больших расстояниях, а лишь на расстоянии одного или двух диаметров молекул. Тут как будто возникает противоречие. Жидкости должны были бы хоть немного растягиваться при растяжении, на самом же деле при попытке растяжения они распадаются на части и в них образуются пузырьки пара. Однако если позаботиться о тщательном удалении растворенного воздуха, жидкость можно заставить выдержать растяжение и вести себя необычным образом.
Например, вода или ртуть держатся в верхней части барометра намного выше «высоты атмосферного столба», а сифон может работать в вакууме! Жидкости оказываются «слабыми, как вода» только в результате вредного влияния маленьких пузырьков воздуха. Молекулярное объяснение поверхностного натяжения. Итак, тот факт, что жидкости сохраняют свой объем, мы «объяснили» наличием дальнодействующих сил притяжения.
Посмотрим, не смогут ли эти силы объяснить существование поверхностного натяжения. 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.
То есть, молекулы лишь медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определенных мест. Таким образом, движение молекул жидкости представляет собой нечто вроде смеси движений в твердом теле и в газе: колебательное движение на одном месте сменяется свободным переходом из одного места в другое. Давление в жидкости Повседневный опыт учит нас, что жидкости действуют с известными силами на поверхность твердых тел, соприкасающихся с ними. Эти силы называются силами давления жидкости. Прикрывая пальцем отверстие открытого водопроводного крана, мы ощущаем силу давления жидкости на палец.
Боль в ушах, которую испытывает пловец, нырнувший на большую глубину, вызвана силами давления воды на барабанную перепонку уха. Термометры для измерения температуры на глубине моря должны быть очень прочными, чтобы давление воды не могло раздавить их. Давление в жидкости обусловлено изменением ее объема — сжатием. По отношению к изменению объема жидкости обладают упругостью. Силы упругости в жидкости — это и есть силы давления. Таким образом, если жидкость действует с силами давления на соприкасающиеся с ней тела, это значит, что она сжата. Так как при сжатии плотность вещества растет то можно сказать, что жидкости обладают упругостью по отношению к изменению плотности.
Давление в жидкости перпендикулярно любой поверхности, помещенной в жидкость. Давление в жидкости на глубине h равно сумме давления на поверхности и величины, пропорциональной глубине: Благодаря тому, что жидкости могут передавать статическое давление, практически не менее своей плотности они могут использоваться в устройствах, дающих выигрыш в силе: гидравлическом прессе. Закон Архимеда На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Так как давление увеличивается с глубиной погружения, то силы давления, действующие на нижнюю часть жидкости и направленные вверх, больше, чем силы, действующие на верхнюю его часть и направленные вниз, и мы можем ожидать, что равнодействующая сил давления будет направлена вверх. Равнодействующая сил давления на тело, погруженное в жидкость, называется поддерживающей силой жидкости. Если тело, погруженное в жидкость, предоставить самому себе, то оно потонет, останется в равновесии или всплывет на поверхность жидкости в зависимости от того, меньше ли поддерживающая сила, чем сила тяжести, действующая на тело, равна ей или больше ее. Закон Архимеда заключается в том, что на тело, находящееся в жидкости, действует направленная вверх выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости.
Если тело, погруженное в жидкость, подвешено к чаше весов, то весы показывают разность между весом тела в воздухе и весом вытесненной жидкости. Поэтому закону Архимеда придают иногда следующую формулировку: тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Испарение В поверхностном слое и вблизи поверхности жидкости действуют силы, которые обеспечивают существование поверхности и не позволяют молекулам покидать объем жидкости. Благодаря тепловому движению некоторая часть молекул имеет достаточно большие скорости, чтобы преодолеть силы, удерживающие молекулы в жидкости, и покинуть жидкость. Это явление называется испарением. Оно наблюдается при любой температуре, но его интенсивность возрастает с увеличением температуры. Если покинувшие жидкость молекулы удаляются из пространства вблизи поверхности жидкости, то, в конце концов, вся жидкость испарится.
Если же молекулы, покинувшие жидкость не удаляются, то они образуют пар. Молекулы пара, попавшие в область вблизи поверхности жидкости, силами притяжения втягиваются в жидкость. Этот процесс называется конденсацией. Таким образом, в случае неудаления молекул скорость испарения уменьшается со временем. При дальнейшем увеличении плотности пара достигается такая ситуация, когда число молекул, покидающих жидкость за некоторое время, будет равно числу молекул, возвращающихся в жидкость за то же время. Наступает состояние динамического равновесия. Пар в состоянии динамического равновесия с жидкостью называется насыщенным.
С повышением температуры плотность и давление насыщенного пара увеличиваются. Чем выше температура, тем большее число молекул жидкости обладает энергией, достаточной для испарения, и тем большей должна быть плотность пара, чтобы конденсация могла сравняться с испарением. Кипение Кипение — это интенсивное испарение жидкости, происходящее не только с поверхности, но и во всем ее объеме, внутрь образующихся пузырьков пара. Чтобы перейти из жидкости в пар, молекулы должны приобрести энергию, необходимую для преодоления сил притяжения, удерживающих их в жидкости. Температурой кипения является та температура, при которой давление насыщенных паров становится равным внешнему давлению. При увеличении давления температура кипения увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. По причине изменения давления в жидкости с высотой ее столба, кипение на различных уровнях в жидкости происходит, строго говоря, при различной температуре.
Определенную температуру имеет лишь насыщенный пар над поверхностью кипящей жидкости. Его температура определяется только внешним давлением. Именно эта температура имеется в виду, когда говорят о температуре кипения. Температуры кипения различных жидкостей сильно отличаются, между собой и это находит широкое применение в технике, например, при разгонке нефтепродуктов. Количество тепла, которое необходимо подвести, для того чтобы изотермически превратить в пар определенное количество жидкости, при внешнем давлении, равном давлению ее насыщенных паров, называется скрытой теплотой парообразования. Обычно эту величину соотносят к одному грамму, или одному молю. Количество теплоты, необходимое для изотермического испарения моля жидкости называется молярной скрытой теплотой парообразования.
Если эту величину поделить на молекулярный вес, то получится удельная скрытая теплота парообразования. Поверхностное натяжение жидкости Свойство жидкости сокращать свою поверхность до минимума называется поверхностным натяжением.
Сила поверхностного натяжения
Например, у воды поверхностное натяжение выше, чем у многих других жидкостей, из-за сильных водородных связей между молекулами. Род жидкости также оказывает влияние на зависимость поверхностного натяжения от температуры. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и от ее температуры.