Проанализировав зависимость поверхностного натяжения жидкости от ее температуры, приходим к выводу, что поверхностное натяжение уменьшается с ростом температуры (с увеличением скорости движения молекул).
Оглавление
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости кратко
- Зависимость от рода жидкости
- Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода воды?
Поверхностное натяжение жидкости
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. #ФизикаЖидкостиKhanAcademyВ этом видео мы поговорим о том, почему иголка может свободно плавать на поверхности воды, но тут же утонет, если на неё надавать. Почему поверхностное натяжение воды зависит от рода жидкости. ма») называется коэффициентом поверхностного натяжения и зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния. Поверхностное натяжение жидкости является причиной появления капиллярного эффекта.
ПОЧЕМУ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ РОДА ЖИДКОСТИ
Отрыв капли происходит в тот момент, когда ее вес P становится равным равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих вдоль окружности шейки капли. Приближенно диаметр шейки капли принимают равным диаметру трубки капельницы. Удивительно разнообразны проявления поверхностного натяжения жидкости в природе и технике. Оно собирает воду в капли и позволяет жуку-водомерке скользить по воде; благодаря ему можно выдуть мыльный пузырь и писать ручкой. Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что в состоянии невесомости любой объем жидкости принимает строго сферическую форму; это неоднократно демонстрировали телезрителям космонавты в телерепортажах с космических станций.
Характеристика определяется работой образования единицы площади этой поверхности раздела. Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем вплоть до отчисления. Если нет возможности написать самому, закажите тут. Температуры чем больше температура, тем меньше натяжение. Наличия ПАВ поверхностно-активных веществ. Например, мыло.
Если нет возможности написать самому, закажите тут. Температуры чем больше температура, тем меньше натяжение. Наличия ПАВ поверхностно-активных веществ. Например, мыло. Присутствия каких-либо примесей. Свойств газа, контактирующего с жидкостью.
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. 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.
§ 8-1. Поверхностное натяжение
Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости). Знание о зависимости поверхностного натяжения от рода жидкости является важным для множества процессов и приложений. Поверхностное натяжение жидкости определяется силами межмолекулярного взаимодействия, поэтому оно зависит.
Род жидкости и поверхностное натяжение
- Что такое поверхностное натяжение? |
- Вопрос вызвавший трудности
- Почему Поверхностное Натяжение Зависит От Рода Жидкости
- Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
- Что такое сила поверхностного натяжения
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости
| Поверхностное натяжение — Википедия | Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. |
| SA. Поверхностное натяжение — PhysBook | Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). |
Поверхностное натяжение жидкости - формулы и определение с примерами
Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.
Поверхностное натяжение — физическая величина, равная работе внешних сил по увеличению площади поверхности жидкости на единицу площади при сохранении объёма и температуры жидкости неизменными: 8. От теории к практике Рис. Например, капли воды при соприкосновении сливаются в одну, форма которой отличается от сферической из-за воздействия силы тяжести и силы реакции опоры. Чем меньше радиус капли, тем большую роль играет поверхностная энергия по сравнению с потенциальной энергией капли в гравитационном поле Земли и тем ближе форма капель жидкости на опоре к сферической. Поэтому маленькие капельки росы на листьях растений принимают форму, близкую к шарообразной рис.
От теории к практике Докажите, что при слиянии нескольких капель воды в одну при неизменной температуре выделяется энергия. Считая форму капель сферической, сравните поверхностную энергию всех мелких капель с поверхностной энергией энергией капли, получившейся при их слиянии. Учтите, что объём шара , а площадь его поверхности Рис. Опустим проволочное кольцо с привязанной к нему нитью в мыльный раствор. Контур кольца, извлечённого из раствора, затянут мыльной плёнкой, а нить в ней размещается случайным образом рис. Если проколоть плёнку по одну сторону нити, то оставшаяся часть плёнки сократится так, что площадь её поверхности станет минимальной при заданной длине нити рис. Следовательно, на нить со стороны плёнки действуют силы, удерживающие её в натянутом состоянии и стремящиеся сократить свободную поверхность жидкости.
Поэтому сила указанная на рис. Работа необходимая для этого равна произведению силы на межмолекулярное расстояние. Формулу можно применить к случаю макро растяжения поверхности жидкости, когда на нее опускают некий шарик не смачивающийся жидкостью, и он находится в равновесии. При растяжении поверхности увеличиваются расстояния между молекулами в поверхностном слое и как результат, возникает сила поверхностного натяжения F пов нат схожая по природе с силой упругости.
Почему капля воды имеет форму шара? Он и сглаживает все неровности на жидкой капле, в с любых неровностей молекулы жидкости испаряются быстрее, поэтому все выступы на капле быстро исчезают. Изменится ли коэффициент поверхностного натяжения жидкости, если длина поверхности увеличится в 2 раза?
ПОЧЕМУ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ РОДА ЖИДКОСТИ
Молекулы воды имеют сильные силы сцепления благодаря их способности образовывать водородные связи друг с другом. Силы сцепления ответственны за поверхностное натяжение, склонность поверхности жидкости сопротивляться разрыву при растяжении или напряжении. Почему вода имеет сильное поверхностное натяжение и почему это важно? Вода имеет высокое поверхностное натяжение потому что водородные связи между молекулами воды сопротивляются растяжению или разрыву поверхности.
Молекулы воды сильнее связаны друг с другом, чем с воздухом. Что вызывает высокое поверхностное натяжение, низкое давление пара и высокую температуру кипения воды? Многие уникальные и важные свойства воды, в том числе ее высокое поверхностное натяжение, низкое давление пара и высокая температура кипения, являются результатом водородная связь.
Структура льда представляет собой правильный открытый каркас из молекул воды в шестиугольном расположении. Молекулы воды удерживаются вместе посредством водородных связей. Почему вода имеет большее поверхностное натяжение, чем глицерин?
Из-за относительно высоких сил притяжения между молекулами воды из-за сети водородных связей. Как вы объясните тот факт, что вода имеет наибольшее поверхностное натяжение, но самую низкую вязкость? Вода имеет самое высокое поверхностное натяжение, но самую низкую вязкость.
Поскольку молекулы воды маленькие, они движутся очень быстро, что приводит к большому избытку энергии и, следовательно, к высокому поверхностному натяжению и низкой вязкости. Смотрите также, как безопасно наблюдать за солнцем Чем отличается поверхностное натяжение воды? Чем отличается поверхностное натяжение воды от поверхностного натяжения большинства других жидкостей?
Это выше. Имеет ли вода высокое поверхностное натяжение? Вода имеет высокую или низкую вязкость?
Вязкость описывает внутреннее сопротивление жидкости течению и может рассматриваться как мера трения жидкости. Таким образом, вода «тонкая», имеющий низкую вязкость, а растительное масло «густое» с высокой вязкостью. Почему вещества с высоким поверхностным натяжением обладают высокой вязкостью?
Почему вещества с высоким поверхностным натяжением также имеют высокую вязкость? Жидкости с более сильными межмолекулярными силами притяжения удерживают молекулы ближе друг к другу. Почему вода прилипает к поверхностям?
Это делает воду «сильной» жидкостью, которая может образовывать капли и позволяет насекомым, таким как стрекозы, ходить по поверхности воды. Таким образом, различия в поверхностном натяжении между разными жидкостями обусловлены их молекулярной структурой и взаимодействием между молекулами.
Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.
Молекулы, которые имеют больший размер или могут формировать сложные структуры, могут создавать более сильные связи и, следовательно, иметь более высокое поверхностное натяжение. Изучение связи молекулярных свойств с поверхностным натяжением позволяет лучше понять не только физическую природу этого явления, но и его важность в различных процессах и приложениях, включая капиллярность, смачивание и адгезию. Количество изученных жидкостей существует ограниченное число, и дальнейшие исследования помогут расширить наши знания в этой области. Роль полярности и неполярности в поверхностном натяжении Полярные молекулы вещества обладают дипольным моментом, то есть разницей в электрическом заряде между атомами и молекулами. Вода является ярким примером полярной жидкости: у нее есть частично положительно заряженный водород и частично отрицательно заряженный кислород. Это приводит к возникновению внутренних электрических сил, которые удерживают молекулы воды вместе и создают поверхностное натяжение. Полярные жидкости образуют сильные водородные связи между молекулами на поверхности, что делает их поверхность более устойчивой и способной выдерживать внешние воздействия. Этот факт объясняет, почему вода образует выпуклую форму на поверхности и почему насекомые могут ходить по воде благодаря поверхностному натяжению. С другой стороны, неполярные жидкости, такие как масло или бензин, не обладают дипольным моментом и не образуют сильных водородных связей между молекулами.
Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
ДЗ: 1. 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.
Например, у некоторых жидкостей, таких как вода, эффект температуры на поверхностное натяжение может быть наиболее выраженным и значительным. При повышении температуры вода может «распадаться» на отдельные молекулы и образовывать пар, что приводит к увеличению доступных для образования поверхностного слоя молекул и, как следствие, уменьшению поверхностного натяжения. С другими родами жидкостей, такими как масла или спирты, эффект температуры на поверхностное натяжение может быть менее значительным. Это связано с более слабыми межмолекулярными взаимодействиями в этих жидкостях, что делает эффект температуры на поверхностное натяжение менее выраженным. Таким образом, рода жидкости влияют на поверхностное натяжение различными способами, причем эффект температуры может варьироваться для каждого рода жидкости. Это явление имеет важное значение в различных областях науки и технологии, таких как химия, физика, биология и материаловедение. Практическое применение знаний о влиянии рода жидкости на поверхностное натяжение Знание о влиянии рода жидкости на поверхностное натяжение имеет практическое применение в различных областях науки и промышленности. Например, в фармацевтической индустрии изучение поверхностного натяжения позволяет разрабатывать более эффективные лекарственные препараты. Оно влияет на способность проникать активным веществам через клеточные мембраны и эффективность их взаимодействия с организмом. В области материаловедения знание о поверхностном натяжении позволяет подбирать оптимальные материалы для создания различных покрытий и пленок с заданными свойствами. Например, в производстве упаковки, подбор материала с оптимальным поверхностным натяжением помогает предотвратить проникновение влаги и защитить продукты.
Эти молекулы взаимодействуют не только с молекулами, находящимися внутри жидкости, но и с молекулами, расположенными на её поверхности в пределах сферы молекулярного действия. Модуль результирующей молекулярных сил притяжения, направленных вдоль поверхности жидкости, действующих на молекулу М1,. Модуль же результирующей молекулярных сил притяжения, которыми молекулы этой жидкости, находящиеся на её поверхности, действуют на молекулу М2, разместившуюся у края поверхности,. Результирующая направлена по касательной к свободной поверхности жидкости перпендикулярно линии, ограничивающей эту поверхность. Молекулярные силы, направленные по касательной к свободной поверхности жидкости, действуют на любую замкнутую линию, ограничивающую эту поверхность, перпендикулярно ей таким образом, что стремятся сократить площадь ограниченной поверхности жидкости. Эти силы получили название сил поверхностного натяжения. Прямоугольную рамку с подвижной перекладиной длиной l опустим в мыльный раствор. После извлечения рамки из раствора видим, что перекладина перемещается, так как мыльная плёнка стремится сократить площадь своей поверхности. Чтобы перекладину удержать в равновесии, к ней следует приложить силу , которая уравновесит действующие на каждой из двух поверхностей плёнки силы поверхностного натяжения: , так как рис. Если проводить опыты с рамками разных размеров, можно установить, что отношение для плёнки данной жидкости при фиксированной температуре всегда одинаковое. Значит, это отношение можно взять в качестве характеристики поверхностного слоя жидкости, т. Поверхностное натяжение — физическая величина, равная отношению модуля силы поверхностного натяжения, действующей на прямолинейный участок границы поверхностного слоя жидкости, к длине этого участка: Силовое определение поверхностного натяжения дополняет энергетическое.
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. 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.
2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
Поверхностное натяжение воды и других жидкостей зависит от рода жидкости из-за различий в их межмолекулярных силах. Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение. Род жидкости также оказывает влияние на зависимость поверхностного натяжения от температуры. Температурная зависимость поверхностного натяжения между жидкой и паровой фазами чистой воды Температурная зависимость поверхностного натяжения бензола Поверхностное натяжение зависит от температуры.
Смотрите также
- Ответ подготовленный экспертами Учись.Ru
- Как можно объяснить поверхностное натяжение жидкостей?
- Загадки поверхностного натяжения: почему жидкость любит себя?
- Поверхностное натяжение жидкости - формулы и определение с примерами
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Поверхностное натяжение возникает на границе газообразных , жидких и твёрдых тел. Обычно под термином «поверхностное натяжение» имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе жидкость — газ. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр.
Изучив подробно силы, лежащих в основе капиллярных явлений, стоит перейти непосредственно к капиллярам.
Так, опытным путём можно пронаблюдать, что смачивающая жидкость например, вода в стеклянной трубке поднимается по капилляру. При этом, чем меньше радиус капилляра, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость. Жидкость, не смачивающая стенки капилляра например, ртуть с стеклянной трубке , опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Так почему же смачивающая жидкость поднимается по капилляру, а несмачивающая опускается? Не трудно заметить, что непосредственно у стенок сосуда поверхность жидкости несколько искривлена.
Если молекулы жидкости, соприкасающиеся со стенкой сосуда, взаимодействуют с молекулами твёрдого тела сильнее, чем между собой, в этом случае жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения с твёрдым телом смачивающая жидкость. При этом поверхность жидкости изгибается вниз и говорят, что она смачивает стенки сосуда, в котором находится. Если же молекулы жидкости взаимодействуют между собой сильнее, чем с молекулами стенок сосуда, то жидкость стремится сократить площадь соприкосновения с твёрдым телом, её поверхность искривляется вверх. В этом случае говорят о несмачивании жидкостью стенок сосуда. В узких трубочках, диаметр которых составляет доли миллиметра, искривлённые края жидкости охватывают весь поверхностный слой, и вся поверхность жидкости в таких трубочках имеет вид, напоминающий полусферу.
Это так называемый мениск. Он может быть вогнутым, что наблюдается в случае смачивания, и выпуклым при несмачивании. Радиус кривизны поверхности жидкости при этом того же порядка, что и радиус трубки. Под вогнутым мениском смачивающей жидкости давление меньше, чем под плоской поверхностью. Поэтому жидкость в узкой трубке капилляре поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление поднятой в капилляре жидкости на уровне плоской поверхности не скомпенсирует разность давлений.
Под выпуклым мениском несмачивающей жидкости давление больше, чем под плоской поверхностью, и это ведёт к опусканию несмачивающей жидкости. Знак капиллярного давления «плюс» или «минус» зависит от знака кривизны. Центр кривизны выпуклой поверхности находится внутри соответствующей фазы. Выпуклые поверхности имеют положительную кривизну, вогнутые — отрицательную. Из рис.
Полученная формула, определяющая высоту поднятия жидкости в капиллярной трубочке, носит название формулы Жюрена. Очевидно, что чем меньше радиус трубки, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость. Кроме того, высота поднятия растёт с увеличением коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Подъём смачивающей жидкости по капилляру можно объяснить и по-другому. Как было сказано ранее, под действием сил поверхностного натяжения поверхность жидкости стремится сократиться.
Вследствие этого поверхность вогнутого мениска стремится выпрямиться и сделаться плоской. При этом она тянет за собой частицы жидкости, лежащие под ней, и жидкость поднимается по капилляру вверх. Но поверхность жидкости в узкой трубке плоской оставаться не может, она должна иметь форму вогнутого мениска. Как только в новом положении данная поверхность примет форму мениска, она снова будет стремиться сократиться и т. В результате действия этих причин смачивающая жидкость и поднимается по капилляру.
Поднятие прекратится, когда сила тяжести Fтяж поднятого столба жидкости, которая тянет поверхность вниз, уравновесит равнодействующую силу F сил поверхностного натяжения, направленных касательно к каждой точке поверхности. В случае несмачивающей жидкости последняя, стремясь сократить свою поверхность, будет опускаться вниз, выталкивая жидкость из капилляра. Выведенная формула применима и для несмачивающей жидкости. В этом случае h — высота опускания жидкости в капилляре. Капиллярные явления в природе Капиллярные явления также весьма распространены в природе и часто используются в практической деятельности человека.
Дерево, бумага, кожа, кирпич и очень многие другие предметы, окружающие нас, имеют капилляры. За счет капилляров вода поднимается по стеблям растений и впитывается в полотенце, когда мы им вытираемся.
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.
Это видно из рис. Способность уменьшать поверхностное натяжение называется поверхностной активностью 2. Условное изображение молекулы ПАВ Полярные группы в воде гидратируются, неполярная часть молекул ПАВ представляют собой гидрофобную углеводородную цепь или радикал. 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.