Вказівки до виконання роботи. Для виконання роботи слід вивчити такий теоретичний матеріал: особливості рідкого стану речовини, поверхневий натяг.

Для виконання роботи слід вивчити такий теоретичний матеріал: особливості рідкого стану речовини, поверхневий натяг.

[1, т.1, §§ 19.1, 19.3; 2, §§ 42, 60 – 62; 4, т.1, §§ 120 – 123, 126]

Розглянемо межу поділу рідина – газ. У зв’язку з тим, що кількість молекул, які знаходяться в газі над поверхнею рідини значно менша, ніж в самій рідині, поверхневі молекули мають надлишок енергії. Для того, щоб перевести молекулу із середини рідини на поверхню, необхідно виконати роботу, яка чисельно буде дорівнювати приросту поверхневої енергії рідини.

Коефіцієнт поверхневого натягу рідини a визначається через приріст поверхневої енергії рідини D W при збільшенні площі поверхні на D S:

,

а також через силу поверхневого натягу F _Н, яка діє на контур довжиною L, що обмежує поверхню рідини:

.

Сила поверхневого натягу рідини F _Н зумовлена існуванням міжмолекулярних сил притягання. У зв’язку з тим, що концентрація молекул рідини в газі (над поверхнею рідини) значно менша, ніж в самій рідині, то сила міжмолекулярної взаємодії напрямлена всередину рідини, що й викликає появу сили поверхневого натягу.

Сила поверхневого натягу напрямлена: перпендикулярно до контуру, який обмежує поверхню рідини (або яку-небудь ділянку поверхні), вздовж дотичної до поверхні, в сторону скорочення її поверхні.

Величина коефіцієнта поверхневого натягу залежить від температури рідини. З підвищенням температури поверхневий натяг зменшується, що викликано збільшенням середньої відстані між молекулами рідини.

Для визначення коефіцієнта поверхневого натягу a користуються методом відриву кільця від поверхні рідини.

Сила відриву кільця від поверхні рідини визначається за допомогою торсiйних терезів (рис. 13.1). Основним елементом терезів є плоска спіральна пружина, яка деформується під дією ваги предмета.

Величина деформації пружини пропорційна навантаженню, а тому шкалу терезів, яка показує кут закручування пружини, градуйовано в одиницях ваги. В момент відриву кільця терези показують силу F ₁, яка дорівнює сумі сил поверхневого натягу F _Н та ваги вологого кільця P. З рисунку 13.1 видно, що відрив кільця від поверхні пов’язаний з розривом поверхні рідини по двох периметрах кільця. На основі цього можна одержати робочу формулу для визначення коефіцієнта поверхневого натягу:

, (13.1)

де d ₁ та d ₂ відповідно внутрішній та зовнішній діаметри кільця.