![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по счету капель
Цель работы: изучение свойств поверхностного слоя жидкости.
Теоретическое введение По внешним признакам жидкость характеризуется текучестью (легким изменением формы), не сжимаемостью и наличием свободной поверхности. В жидкостях средние расстояния между молекулами значительно меньше, чем в газах, поэтому силы молекулярного взаимодействия играют существенную роль. На каждую частицу жидкости действуют силы притяжения со стороны окружающих ее молекул, которые убывают с увеличением расстояния
Внутри жидкости каждую молекулу (1 на рисунке 11.2) со всех сторон окружает приблизительно одинаковое число частиц. Поэтому результирующая сил притяжения, действующих на нее со стороны других молекул равна нулю. Молекулы поверхностного слоя (2) взаимодействуют с частицами жидкости и частицами находящегося над ней газа. Поскольку плотность газа меньше плотности жидкости, то число молекул в верхней части сферы молекулярного взаимодействия меньше, чем в нижней. Результирующая сила Переход молекул из глубины жидкости на поверхность сопровождается работой против Та часть потенциальной энергии, которая изотермически может быть обращена в работу, называется свободной энергией. Следовательно, поверхностный слой жидкости обладает избыточной свободной энергией, которая стремится к минимуму, следовательно, поверхность жидкости стремится к уменьшению. Так, при отсутствии внешних сил жидкость принимает форму шара, т.е. форму тела, которое при данном объеме имеет минимальную поверхность (например, в условиях невесомости). Значит, все молекулы поверхностного слоя обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы в остальном объеме жидкости. Поскольку потенциальная энергия – энергия взаимодействия, то между молекулами поверхностного слоя проявляются силы притяжения, действующие вдоль поверхности. Они называются силами поверхностного натяжения, так как создают в поверхностном слое стремление сжать (сократить) поверхность. Толщина поверхностного слоя, в котором действует силовое поле, составляет величину порядка нескольких межмолекулярных расстояний, т.е. порядка На образование единицы площади поверхности жидкости требуется совершить определенную работу, которая служит мерой свободной энергии. Она определяет удельную поверхностную энергию (или коэффициент поверхностного натяжения
Рассмотрим такой опыт. Рамка
Так как изменение свободной энергии поверхности численно равно работе молекулярных сил, то из формулы (11.1) запишем Рис. 11.3
Сопоставляя это равенство с (14.2), получим
откуда
т.е. коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины граничной линии на поверхности жидкости. В случае одной поверхности
Сила поверхностного натяжения направлена по нормали к любому элементу линии (контуру), ограничивающему поверхность жидкости, и касательна к поверхности жидкости. Коэффициент
|