Меню

Что называется поверхностным напряжением

физика / Что называется поверхностным натяжением

Что называется поверхностным натяжением, в каких единицах оно измеряется?

стремление в-ва (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади пов-сти раздела фаз (размерность Дж/м 2 ). Согласно др. определению, поверхностное натяжение-сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего пов-сть раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к пов-сти и препятствует ее самопроизвольному увеличению

Как зависит поверхностное натяжение от температуры и других факторов?

С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша (англ.). В настоящее время получен вывод теоретической зависимости поверхностного натяжения от температуры в области до критических температур, подтверждающей правило Этвёша.

Почему при критической температуре данной жидкости поверхностное натяжение обращается в нуль?

При повышении температуры и достижении ею определенного значения молекулы жидкости получают кинетическую энергию, достаточную для разрыва межмолекулярных связей. В результате этого потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия, а значит, и плотность, уменьшаются, а это значит, что уменьшается и КПН. При достижении жидкостью критической температуры КПН равен нулю, так как жидкость при критической температуре переходит в парообразное фазовое состояние.

Что такое поверхностный слой жидкости и каковы его основные свойства?

ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ- неоднородный тонкий слой определенной толщины и объема, который располагается по обе стороны поверхности, разделяющей две соприкасающиеся объемные фазы.

Поверхностный слой жидкости. Равнодействующая молекулярных сил, действующих на молекулы, находящиеся внутри жидкости, равна нулю. На молекулы в поверхностном слое действует равнодействующая молекулярных сил, направленная внутрь жидкости (рис. 7.1). В связи с этим молекулы в поверхностном слое обладают избыточной потенциальной энергией, называемой свободной энергией, по сравнению с молекулами, находящимися внутри жидкости.

Молекулы поверхностного слоя сильнее взаимодействуют с молекулами жидкости(их больше) чем с молекулами пара над поверхностью жидкости и соответственно втягиваются внутрь жидкости(но там занято! :0 🙂 ). Т.О. поверхностный слой создает т.наз. молекулярное давление. Толщина слоя — радиус межмолекулярного взаимодействия.

Что такое свободная энергия поверхностного слоя жидкости?

Избыток свободной энергии в поверхностном слое жидкости, от­несенный к единице ее поверхности и обусловленный различием меж­молекулярных взаимодействий в обеих фазах, называется удельной поверхностной энергией. Поверхностную энер­гию определяют как работу в процессе образования единицы площа­ди поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, которая совершается против молекулярных сил сцепления.

В чем состоит физический смысл поверхностного натяжения?

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует. Сила поверхностного натяжения пропорциональна длине того участка контура, на который она действует. Коэффициент пропорциональности γ — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется физический смысл и связь понятия поверхностного натяжения с внутренней энергией, что было доказано теоретически

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения электромеханические для дачи

Выведите формулу (3 ). На чем основан метод сравнения?

метод сравнения: проделывают опыт с жидкостью, поверхностное натяжение которой известно и выражают искомое (неизвестное) поверхностное натяжение (спирта) через известное (воды)

Источник



Поверхностное натяжение жидкости

  • Что такое поверхностное натяжение жидкости
  • Коэффициент поверхностного натяжения
  • Чем вызвано поверхностное натяжение
  • Силы поверхностного натяжения
  • Примеры в окружающей среде
  • Расчет поверхностного натяжения в задачах

Что такое поверхностное натяжение жидкости

Поверхностное натяжение — характеристика поверхности раздела двух фаз, которые находятся в равновесии. Характеристика определяется работой образования единицы площади этой поверхности раздела.

Выражается произведением:

\(\mathcal F=\sigma\mathcal l\) , Н

\(\sigma\) — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м

\(\mathcal l\) — длина, м

Направление силы: по касательной к поверхности.

Коэффициент поверхностного натяжения

Коэффициент поверхностного натяжения ( \(\sigma\) ) — сила, которая действует на единицу длины линии, ограничивающей поверхность жидкости (Н/м).

Коэффициент поверхностного натяжения – коэффициент, равный работе, которую необходимо совершить для образования поверхности жидкости площадью \(S\) при постоянной температуре.

\(\mathcal S\) — площадь поверхности жидкости

Зависит от:

  1. Рода жидкости и ее свойств.
  2. Температуры (чем больше температура, тем меньше натяжение).
  3. Наличия ПАВ (поверхностно-активных веществ. Например, мыло).
  4. Присутствия каких-либо примесей.
  5. Свойств газа, контактирующего с жидкостью.

Чем вызвано поверхностное натяжение

Причина возникновения явления поверхностного напряжения: молекулы, которые составляют верхний слой жидкости. Они создают взаимодействие между собой, возникает натяжение.

Жидкости стремятся принять форму, которая требует минимальной площади поверхности.

Силы поверхностного натяжения

Силы поверхностного натяжения работают вдоль поверхности жидкости перпендикулярно контуру. Сокращают ее площадь. Это похоже на пленку, которая стягивает объем. На сам объем силы не оказывают влияние.

Примеры в окружающей среде

  • движение водомерки по воде (ее лапки покрыты воскообразным веществом);
  • капля росы, дождя, из пипетки;
  • цилиндрическая форма струи воды;
  • мыльный пузырь.

Расчет поверхностного натяжения в задачах

Задача 1

Дано

Имеется пипетка с диаметром отверстия \(d=2\) мм. В ходе опыта выяснилось, что \(40\) капель имеют массу равную \(1,9\) г. Вычислите коэффициент поверхностного натяжения.

Решение

Найдем массу одной капли и длину окружности.

\(\mathcal l=\mathrm\pi\mathcal d\\\)

Напишем условие равновесия капли из пипетки.

Выразим коэффициент поверхностного натяжения.

Задача 2

Дано

Сосуд со ртутью имеет отверстие диаметром 7 мкм. Возможно ли без измерения определить максимальную высоту слоя ртути, при которой она не будет вытекать через отверстие?

Читайте также:  Внешняя характеристика трансформатора это зависимость вторичного напряжения от

Решение

Ртуть начнет вытекать тогда, когда произойдет увеличение силы ее давления относительно силы поверхностного натяжения.

\(\mathcal=\mathcal F\\\rho\mathcal=\sigma\mathcal l\\\)

Задача 3

Дано

Есть игла длиной \(3,5\) см и массой \(0,3\) г. Сможем ли мы произвести следующее действие: положить иголку на поверхность воды. Или же она утонет? Какие силы действуют на иголку?

Решение

На иглу действует сила тяжести. Если мы найдем ее и сравним с силой поверхностного натяжения, то узнаем ответ.

Сравниваем силы и видим, что значение силы тяжести больше величины поверхностного натяжения.

Ответ: Игла утонет.

Задача 4

Почему возникают сложности с тем, чтобы снять мокрые перчатки с рук?

Ответ: Молекулы воды взаимодействуют с молекулами перчатки. По этой причине мы чувствуем сопротивление при стягивании перчаток с рук.

Задача 5

Дано

Есть капиллярная трубка ( \(R=0,5\) мм). В ней столб жидкости высотой 11 мм. Определите плотность жидкости, если \(\sigma=22\;мН/м.\\\\\\\\\)

Решение

Воспользуемся формулой для капилляра.

Задача 6

Дано

Алюминиевое кольцо массой 7 г и радиусом 7,8 см соприкасается с мыльным раствором. Какую силу нужно приложить, чтобы оторвать кольцо от жидкости? Раствор имеет комнатную температуру.

Решение

Помимо натяжения на кольцо действует внешняя сила и сила тяжести.

Важно то, что кольцо соприкасается жидкости двумя сторонами. Умножаем на 2.

\(\mathcal F=mg+4\mathrm<πσR>\\\mathcal F=7\ast10^<-3>\ast9,8+4\mathrm\pi\ast4\ast10^<-2>\ast7,8\ast10^<-2>=0,11\;\mathrm Н\\\\\\\)

Источник

Что такое поверхностное натяжение?

Проще говоря, поверхностное натяжение — это тенденция молекул жидкости больше притягиваться друг к другу на поверхности жидкости, чем к воздуху над ней. Это притяжение молекул друг к другу известно как межмолекулярная сила. В любом жидком веществе молекулы находятся в постоянном случайном движении и постоянно перестраиваются. Посреди жидкости все молекулы притягиваются другими молекулами во всех направлениях. Однако на поверхности, где над жидкостью находится только воздух, молекулы притягиваются только сбоку и вниз молекулами, расположенными рядом и под ними, соответственно.

Это нисходящее притяжение молекул поверхностного уровня заставляет их плотнее притягиваться друг к другу, сжимаясь в более устойчивое, выровненное расположение. Этот более плотный ряд поверхностных молекул образует нечто вроде упругой мембраны на поверхности жидкости. Молекулы расположены более плотно и плавно выстроены рядом друг с другом, в отличие от более хаотических молекулярных схем ниже.

Прочность этой «эластичной мембраны» зависит от типа жидкости. Вода, например, имеет очень высокое поверхностное натяжение, потому что кислород и водород — два химических компонента воды (H2O) — имеют частичные отрицательные и положительные заряды, соответственно, и, таким образом, притягиваются ко всем другим молекулам воды, окружающим их. Водородные связи, как известно, прочны, поэтому вода имеет тенденцию удерживаться на поверхности даже лучше, чем другие жидкости, образуя щит, который может быть на удивление трудно сломать.

Читайте также:  Измерительные трансформаторы напряжения область применения

Почему поверхностное натяжение так важно?

Хотя это свойство жидкостей, безусловно, интересно, оно, похоже, не играет большой роли в нашей повседневной жизни, но именно здесь вы ошибаетесь. Помимо просмотра крутых видеороликов об идеально круглых каплях воды, падающих в замедленном режиме (еще один пример поверхностного натяжения) или водомерки, которые двигаются со скоростью 2 метра в секунду, скользя по поверхности озера, почему поверхностное натяжение имеет значение?

В некоторых отраслях поверхностное натяжение является более простым показателем загрязнения продуктов. 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.

Если известно поверхностное натяжение совершенно чистого состава, любое отклонение от этого выявит некоторый уровень загрязнения. Это может показаться абстрактным приложением поверхностного натяжения, но оно показывает, как даже самые простые вещи могут оказать наибольшее влияние в науке.

Интересно, что влияние примесей на поверхностное натяжение было впервые обнаружено Агнес Поккельс — женщиной, увлеченной физикой, но лишенной доступа к образованию.

Как упоминалось ранее, поверхностное натяжение важно для водомерок, одного из немногих существ, которые могут перемещаться по поверхности воды, не падая внутрь. Это явление происходит потому, что ноги водомерки «не смачиваются», то есть ноги водомерки отталкивают воду и захватывать воздух, позволяя им существенно вдавливать поверхность воды, не нарушая ее. Волосы также увеличивают площадь поверхности водяных струй, что означает, что на поверхность воды воздействует меньшее усилие. Это ошеломляющее сочетание тонкой силы и идеальной адаптации.

Однако, что наиболее важно, и то, что мало кто осознает, поверхностное натяжение позволяет вещам плавать, от листьев и семян до молекул и белков. Когда вы опускаетесь до микроскопического масштаба, поверхность любого водоема очень жива и поддерживается поверхностным натяжением молекул воды. Наши экосистемы не смогут выжить или даже развиваться без воздействия поверхностного натяжения, а сам состав воды будет менее стабильным, постоянно поступая и выходя из газообразного состояния.

Поверхностное натяжение — это одна из тех деталей научного мира, которые, возможно, трудно осмыслить или оценить в вашей повседневной жизни, но на самом деле она лежит в основе всей жизни, как мы ее знаем. Поверхностное натяжение позволяет экосистемам процветать, оно позволяет семенам и молекулам плавать, и управляет большей частью жизни, хотя большинство людей не замечают этого. Это также дает интригующее напоминание о том, насколько сложна и замечательна каждая капля воды. В следующий раз, когда вы выдуете мыльный пузырь или капните воду с кончика листа, помните, что единственное, что делает эти маленькие чудеса возможными, это поверхностное натяжение!

Источник