![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Теоретические представления о поверхностном натяженииСтр 1 из 4Следующая ⇒
Саратовский государственный технический университет
Определение коэффициента поверхностного Натяжения жидкости методом капель
Методические указания к выполнению лабораторной работы по физике для студентов всех специальностей
Электронное издание локального распространения
Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета
Саратов—2006 Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком. Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составитель - Евсеева Лидия Алексеевна.
Под редакцией - Зюрюкина Юрия Анатольевича.
Рецензент - Вахлюева Валентина Ивановна
410054, Саратов, ул. Политехническая 77, Научно-техническая библиотека СГТУ, тел. 52-63-81, 52-56-01 http: // lib.sstu.ru
Регистрационный номер 060543Э
© Саратовский государственный технический университет 2006 г. Ц е л ь р а б о т ы: определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом капель.
Теоретические представления о поверхностном натяжении Поверхностное натяжение является одной из основных характеристик жидкого состояния вещества. Оно проявляется в особом поведении поверхностного слоя жидкости, который стремится сократиться. Это связано с различным характером взаимодействия молекул внутри жидкости и на её поверхности. Каждая молекула жидкости взаимодействует с другими молекулами, окружающими её. Силы взаимодействия специфичны, т. е. существенно зависят от природы взаимодействующих молекул и сильно различаются по величине для разных жидкостей. Между молекулами жидкости одновременно существуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. Эти силы различны по своей природе, чем и обусловлен различный характер их зависимости от расстояния между взаимодействующими молекулами. На очень малых расстояниях преобладают силы отталкивания, на более далеких расстояниях — силы притяжения. Межмолекулярные силы очень быстро убывают с расстоянием. Поэтому, начиная с некоторого расстояния
Это объясняется тем, что концентрация (т.е. число, молекул находящихся в единице объема) жидкости больше концентрации пара этой жидкости или воздуха, расположенных над поверхностью жидкости, в результате чего каждая молекула на поверхности окружена со стороны жидкости большим числом близлежащих соседей, чем со стороны пара (воздуха). Следовательно, к каждой молекуле, находящейся на поверхности жидкости, приложены силы, стремящиеся переместить её внутрь жидкости. Поэтому поверхность жидкости стремится сократиться. Стремление жидкости сократить свою свободную поверхность называется поверхностным натяжением. Если бы форма жидкости определялась только силами межмолекулярного взаимодействия, то жидкость приняла бы такую форму, при которой в поверхностном слое было минимальное при данном объеме число молекул, то есть форму шара (так это и происходит в условиях невесомости). Поэтому форма свободно падающих капель жидкости близка к шарообразной. Переход молекул из глубины жидкости в поверхностный слой связан с необходимостью совершения работы против действующих в поверхностном слое сил. Эта работа совершается молекулой за счет запаса её энергии и идёт на увеличение потенциальной энергии молекулы. Следовательно, молекулы в поверхностном слое имеют избыточную потенциальную энергию по сравнению с молекулами внутри жидкости. Эта избыточная потенциальная энергия называется свободной поверхностной энергией. Из-за наличия свободной поверхностной энергии жидкость обнаруживает стремление к сокращению своей поверхности. Выделим мысленно часть поверхности жидкости, ограниченную замкнутым конкуром длиной L. Тенденция этого участка к сокращению приводит к тому, что он действует на граничащие с ним участки с силами, распределенными по всему контуру. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Направлена сила поверхностного натяжения по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует. Для количественной характеристики силы поверхностного натяжения жидкости вводят коэффициент поверхностного натяжения σ, который численно равен силе F, действующей на единицу длины произвольного контура L, мысленно проведенного на поверхности жидкости: σ = Можно определить коэффициент поверхностного натяжения σ иначе, пользуясь понятием свободной поверхностной энергии. Величина свободной поверхностной энергии W пропорциональна числу молекул, находящихся на поверхности, т.е. в конечном счете, пропорциональна площади поверхности W=σ S. Коэффициент пропорциональности σ = Коэффициент поверхностного натяжения различен для разных жидкостей, он зависит от рода жидкости, температуры (для большинства жидкостей поверхностное натяжение падает с ростом температуры практически по линейному закону) и от степени чистоты поверхности (изменяется от малейшего загрязнения). На величину коэффициента поверхностного натяжения существенно влияют растворенные в жидкости примеси. Если энергия взаимодействия молекулы растворенного вещества с молекулами растворителя меньше энергии взаимодействия молекул растворителя между собой, то растворенные молекулы будут вытесняться (адсорбироваться) на поверхности жидкости и уменьшать свободную поверхностную энергию, т.е. поверхностное натяжение. Вещества, снижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными веществами по отношению к данной жидкости. Простейшими поверхностно-активными веществами по отношению к воде являются спирты, жирные кислоты и их соли (мыла).
а рис.2 б При F В равновесном состоянии поверхность жидкости у твердой стенки перпендикулярна к равнодействующей силе Для жидкости, смачивающей данную поверхность, краевой угол острый (θ < Искривление поверхностного слоя приводит к появлению дополнительного давления на жидкость Δ P, зависящего от поверхностного натяжения σ и кривизны поверхности H= Добавочное давление Δ P направлено к центру кривизны поверхности Δ P> 0, если мениск выпуклый и Δ P< 0, если мениск вогнутый. По закону Лапласа давление под искривленной поверхностью жидкости равно P=P0+Δ P=P0+2σ H, где P0 - давление при плоской поверхности жидкости. В узких трубках (капиллярах) вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра кривизна поверхности становится значительной. Возникающее при этом дополнительное давление Δ P вызывает заметное о пускание (рис.3а) или
рис 3 поднятие (рис. 3б) уровня жидкости на величину h: h=
|