Что означает поверхностное натяжение воды

Поверхностное натяжение

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Понятие и характеристики поверхностного натяжения

С явлением поверхностного натяжения жидкости мы сталкиваемся каждый день:

Силы поверхностного натяжения действуют вдоль поверхности жидкости, стремясь сократить ее площадь. Как будто жидкость заключена в упругую пленку, которая стремится сжать свое содержимое.

Потенциальная энергия взаимного притяжения молекул жидкости больше их кинетической энергии. Это позволяет веществу сохранять объем (но не форму), и этот объем ограничивается поверхностью жидкости.

На молекулу жидкости, которая находится внутри, действуют силы притяжения со стороны других молекул, и они уравновешивают друг друга. А на ту молекулу, что находится на поверхности, действуют силы притяжения не только со стороны других молекул жидкости, но и со стороны газа (внешней среды). Эти вторые значительно меньше первых, поэтому равнодействующая сила притяжения направлена внутрь жидкости, что способствует удержанию молекулы на поверхности.

Поверхностное натяжение — это стремление жидкости сократить свою свободную поверхность, то есть уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с газообразной фазой.

Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше молекул, которые обладают избыточной потенциальной энергией, и тем больше поверхностная энергия. Этот факт можно записать в виде следующего соотношения:

Поверхностная энергия жидкости

W = σS

W — поверхностная энергия жидкости [Дж]

S — площадь свободной поверхности [м 2 ]

σ — коэффициент поверхностного натяжения [Н/м]

Отсюда мы можем вывести формулу коэффициента поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна отношению поверхностной энергии к площади свободной поверхности жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения

σ = W/S

W — поверхностная энергия жидкости [Дж]

S — площадь свободной поверхности [м 2 ]

σ — коэффициент поверхностного натяжения [Н/м]

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости зависит:

Коэффициент поверхностного натяжения не зависит от площади свободной поверхности жидкости, хотя может быть рассчитан с ее помощью.

Если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать форму сферы, как капля воды или мыльный пузырь. Так же ведет себя вода в невесомости. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.

Сила поверхностного натяжения

F = σl

F — сила поверхностного натяжения [Н]

l — длина контура, ограничивающего поверхность жидкости [м]

σ — коэффициент поверхностного натяжения [Н/м]

В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели, не дающие ей собираться в капли на какой-либо поверхности. Например, их добавляют в жидкие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности пятен после высыхания.

Источник

Поверхностное натяжение воды

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Поверхностное натяжение воды – одно из самых интересных свойств воды.

Примеры поверхностного натяжение воды

Для лучшего понимания поверхностного натяжения воды приведем несколько его проявлений в реальной жизни:

Поверхностное натяжение — несколько точных определений

Большая медицинская энциклопедия

Поверхностное натяжение (П. н.) — это сила притяжения, с которой каждый участок поверхностной пленки (свободной поверхности жидкости или же любой поверхности раздела двух фаз) действует на смежные части поверхности. Внутреннее давление и П. н. Поверхностный слой жидкости ведет себя, как эластическая растянутая мембрана. Согласно представлению, развитому гл. обр. Лапласом (Laplace), это свойство жидких поверхностей зависит от «молекулярных сил притяжения, быстро убывающих с расстоянием. Внутри однородной жидкости силы, действующие на каждую молекулу со стороны молекул, ее окружающих, взаимно уравновешиваются. Но вблизи поверхности равнодействующая сил молекулярного притяжения направлена внутрь; она стремится втянуть поверхностные молекулы в толщу жидкости. Вследствие этого весь поверхностный слой подобно упругой растянутой пленке оказывает на внутреннюю массу жидкости в направлении, нормальном к поверхности, весьма значительное давление. По подсчетам это «внутреннее давление», под которым находится вся масса жидкости, достигает нескольких тысяч атмосфер. Оно возрастает на выпуклой поверхности и убывает на вогнутой. В силу стремления свободной энергии к минимуму всякая жидкость стремится принять форму, при к-рой ее поверхность — место действия поверхностных сил — имеет наименьшую возможную величину. Чем больше поверхность жидкости, тем большую площадь занимает ее поверхностная пленка, тем значительнее запас свободной поверхностной энергии, освобождающейся при ее сокращении. Натяжение, с которым каждый участок сокращающейся поверхностной пленки действует на смежные части (в направлении, параллельном свободной поверхности), называется П. н. В отличие от эластического напряжения упругого растянутого тела, П. н. не ослабевает по мере сжатия поверхностной пленки. … Поверхностное натяжение равняется работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить свободную поверхность жидкости на единицу. П. н. наблюдается на границе жидкости с газом (также и с собственным паром), с другой несмешивающейся жидкостью или же с твердым телом. Точно так же и твердое тело имеет П. н. на границе с газами и жидкостями. В отличие от П. н., к-рое жидкость (или твердое тело) имеет на своей свободной поверхности, граничащей с газообразной средой, натяжение на внутренней границе двух жидких (или жидкой и твердой) фаз удобно обозначить специальным термином—принятым в немецкой литературе, термином «пограничное натяжение» (Grenzflachenspannung). Если в жидкости растворено вещество, понижающее ее П. н., то свободная энергия уменьшается не только путём уменьшения величины пограничной поверхности, но и посредством адсорпции: поверхностно активное (или капилярноактивное) вещество собирается в повышенной концентрации в поверхностном слое …

Большая медицинская энциклопедия. 1970

Подытожить все вышесказанное можно таким образом – молекулы, которые находятся на поверхности какой либо жидкости, в том числе и воды, притягиваются остальными молекулами внутрь жидкости, вследствие чего и возникает поверхностное натяжение. Подчеркнем, что это упрощенное понимание этого свойства.

Коэффициент поверхностного натяжения — определение

Политехнический терминологический толковый словарь

Коэффициент поверхностного натяжения — линейная плотность силы поверхностного натяжения на поверхности жидкости или на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Ниже мы приведем значения коэффициента поверхностного натяжения (К. п. н.) для различных жидкостей при температуре 20°C:

Коэффициенты поверхностного натяжения воды

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры жидкости. Приведем его значения при различных температурах воды.

Источник

Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение

Вещество, находящееся в жидком состоянии, характеризуется крайне плотным расположением молекул друг относительно друга. Отличаясь от твердых кристаллических тел, чьи молекулы формируют упорядоченные структуры по всему объему кристалла и ограничены в своих тепловых колебаниях фиксированными центрами, молекулы жидкости обладают значительной степенью свободы. Любая конкретная молекула жидкого вещества, как это происходит и в твердых телах, «зажата» соседними молекулами и может совершать тепловые колебания поблизости с некоторым положением равновесия. Несмотря на это, в какой-то момент, любая молекула может переместиться на соседнее вакантное место. Подобные перемещения в жидкостях происходят довольно часто, благодаря чему молекулы не привязаны к конкретным центрам, как в кристаллах, а имеют возможность перемещаться по всему объему жидкости. Именно на этом факте основывается текучесть жидкостей.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Свойства жидкостей

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

В котором коэффициент β представляет собой температурный коэффициент объемного расширения. Данный коэффициент у жидкостей в десятки раз превышает значение такого же у твердых тел.

Поверхностное натяжение

Стоит обратить внимание на то, что более плотного поверхностного слоя не приводит к сколь-нибудь заметному изменению объема жидкости по причине чрезвычайно низкой сжимаемости.

Силы межмолекулярного взаимодействия совершают положительную работу, в случае, когда молекула перемещается с поверхности внутрь жидкости. И наоборот, чтобы достать некоторое количество молекул на поверхность из глубины жидкости, то есть повысить площадь поверхности жидкости, внешним силам необходимо произвести пропорциональную изменению Δ S площади поверхности положительную работу Δ A в н е ш :

Таким образом, по сравнению с молекулами внутри жидкости молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной потенциальной энергией. Потенциальная энергия E р поверхности жидкости пропорциональна ее площади и выражается в виде следующей формулы:

Из раздела механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Следовательно, свободная поверхность жидкости стремится уменьшить свою площадь. По данной причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму.

Жидкость ведет себя таким образом, будто по касательной к ее поверхности действуют сокращающие данную поверхность силы. Такие силы называются силами поверхностного натяжения.

Силы поверхностного натяжения влияют на поверхность жидкости таким образом, что она становится похожей на упругую растянутую пленку, с той лишь разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности, то есть от степени деформированности пленки, а силы поверхностного натяжения, зависимости от площади поверхности жидкости не имеют.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Исходя из этого, можно заявить, что коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность.

Исходя из этого, можно заявить, что избыточное давление внутри капли эквивалентно:

∆ p = 2 σ R (капля жидкости).

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Из-за того, что пленка обладает двумя поверхностями, величина избыточного давления внутри мыльного пузыря в два раза выше, чем в капле:

∆ p = 4 σ R (мыльный пузырь).

Пренебрегая взаимодействием с молекулами газа, можно сказать, что поблизости с границей между твердым телом, жидкостью и газом форма свободной поверхности жидкости зависима от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Капиллярные явления

Капиллярными явлениями называют процесс подъема или опускания жидкости в трубках малого диаметра, другими словами, в капиллярах.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Вода почти полностью смачивает чистую поверхность стекла. Ртуть же, строго наоборот, полностью не смачивает стеклянную поверхность. По этой причине уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже, чем уровень в сосуде.

Источник

Поверхностное натяжение

Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения — на самом деле, именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри жидкости силы притяжения других молекул действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и результирующая сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. По совокупности этот эффект приводит к формированию так называемой силы поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней подобия невидимой, тонкой и упругой пленки.

Одним из следствий эффекта поверхностного натяжения является то, что для увеличения площади поверхности жидкости — ее растяжения — нужно проделать механическую работу по преодолению сил поверхностного натяжения. Следовательно, если жидкость оставить в покое, она стремится принять форму, при которой площадь ее поверхности окажется минимальной. Такой формой, естественно, является сфера — вот почему дождевые капли в полете принимают почти сферическую форму (я говорю «почти», потому что в полете капли слегка вытягиваются из-за сопротивления воздуха). По этой же причине капли воды на кузове покрытого свежим воском автомобиля собираются в бусинки.

Силы поверхностного натяжения используются в промышленности — в частности, при отливке сферических форм, например ружейной дроби. Каплям расплавленного металла просто дают застывать на лету при падении с достаточной для этого высоты, и они сами застывают в форме шариков, прежде чем упадут в приемный контейнер.

Можно привести много примеров сил поверхностного натяжения в действии из нашей будничной жизни. Под воздействием ветра на поверхности океанов, морей и озер образуется рябь, и эта рябь представляет собой волны, в которых действующая вверх сила внутреннего давления воды уравновешивается действующей вниз силой поверхностного натяжения. Две эти силы чередуются, и на воде образуется рябь, подобно тому как за счет попеременного растяжения и сжатия образуется волна в струне музыкального инструмента.

Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение, и сил притяжения между молекулами жидкости и твердой поверхностью. В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами (см. Химические связи). Поверхность стекла водой смачивается, поскольку в стекле содержится достаточно много атомов кислорода, и вода легко образует гидрогенные связи не только с другими молекулами воды, но и с атомами кислорода. Если же смазать поверхность стекла жиром, водородные связи с поверхностью образовываться не будут, и вода соберется в капельки под воздействием внутренних водородных связей, обусловливающих поверхностное натяжение.

В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели — сурфактанты, — не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности. Их добавляют, например, в жидкие моющие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности грязных крапин после высыхания (см. Подобное растворяется в подобном).

Источник

Содержание:

Поверхностное натяжение жидкости:

В отличие от газов жидкости имеют свободную поверхность. Молекулы, расположенные на поверхности жидкости, и молекулы внутри жидкости находятся в разных условиях:

a) молекулы внутри жидкости окружены другими молекулами жидкости со всех сторон. Молекула 1 внутри жидкости испытывает действие соседних молекул со всех сторон, поэтому равнодействующая сил притяжения, действующих на нее, равна нулю (f; молекула 1);

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

b) молекулы на поверхности жидкости испытывают действие со стороны соседних молекул жидкости только сбоку и снизу. Притяжение со стороны молекул газа (пара жидкости или воздуха) над жидкостью во много раз слабее, чем со стороны молекул жидкости, поэтому не принимаются во внимание (f; молекула 2). В результате каждая из равнодействующих сил Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Сила поверхностного натяжения

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Коэффициент поверхностного натяжения

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Значение коэффициента поверхностного натяжения зависит от вида жидкости и ее температуры, то есть с увеличением температуры жидкости коэффициент его поверхностного натяжения уменьшается и при критической температуре равен нулю. Единица коэффициента поверхностного натяжения в СИ:

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Смачивающая и несмачивающая жидкость. При внимательном рассмотрении можно увидеть искривление поверхности жидкости на границе между жидкостью и твердым телом.

Значение краевого угла Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды(тетта) зависит от того, является ли жидкость смачивающей или несмачивающей твердое тело:

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Несмачивающая жидкость — это жидкость, у которой краевой угол тупой. Сила взаимного притяжения между молекулами несмачивающей жидкости и твердого тела меньше, чем сила взаимного притяжения между молекулами самой жидкости. В результате свободная поверхность жидкости в сосуде бывает выпуклой, например, ртуть в стеклянном сосуде — несмачивающая жидкость (i).

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Капиллярные явления

Капиллярными явлениями называют явления подъема смачивающей и опускания несмачивающей жидкости по капилляру относительно общего уровня жидкости под действием сил поверхностного натяжения (j).

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

В таблице 6.4 дана зависимость между величинами, характеризующими жидкость, поднимающуюся в капилляре.

Характеристики жидкости, поднимающейся в капилляре

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Где Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды— радиус капилляра, Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды— диаметр капилляра.

Масса жидкости, поднимающейся в капилляреЧто означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение водыВысота жидкости, поднимающейся в капилляре

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Если жидкость полностью смачиваемая, то получаем в Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение водыЧто означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Где Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды— плотность жидкости, поднимающейся в капилляре. Высота подъема жидкости в капилляре зависит от рода жидкости и обратно пропорциональна радиусу капилляра.

Давление жидкости, поднимающейся в капилляреЧто означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Поверхностное натяжение жидкости

Некоторые виды пауков могут передвигаться по поверхности воды не проваливаясь, как будто эта поверхность покрыта невидимой тонкой пленкой. такое же впечатление создается, если наблюдать за вытеканием воды из маленького отверстия — вода течет не тоненькой струйкой, а образует капли. Бумажная салфетка впитывает воду, едва коснувшись ее поверхности. какая сила является причиной всех этих явлений?

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Каковы особенности поверхностного слоя жидкости

На свободной поверхности жидкости молекулы находятся в особых условиях, отличающихся от условий, в которых находятся молекулы внутри жидкости. Рассмотрим две молекулы — А и Б (рис. 33.1): молекула А находится внутри жидкости, а молекула Б — на ее поверхности. Молекула А окружена другими молекулами жидкости равномерно, поэтому силы, действующие на молекулу А со стороны молекул, попадающих в сферу межмолекулярного взаимодействия, скомпенсированы, то есть их равнодействующая равна нулю.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Поверхностное натяжение жидкости — физическая величина, которая характеризует данную жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости:

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Единица поверхностного натяжения в СИ — ньютон на метр:

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Поверхностное натяжение жидкости определяется силами межмолекулярного взаимодействия, поэтому оно зависит:

Поверхностное натяжение σ некоторых жидкостей

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Что такое сила поверхностного натяжения

Поскольку поверхностный слой жидкости обладает избыточной потенциальной энергией (Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды), а любая система стремится к минимуму потенциальной энергии, то свободная поверхность жидкости стремится уменьшить свою площадь (сжаться). То есть вдоль поверхности жидкости действуют силы, которые пытаются стянуть эту поверхность. Эти силы называют силами поверхностного натяжения.

Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на натянутую резиновую пленку, однако упругие силы в резиновой пленке зависят от площади ее поверхности (от того, насколько пленка деформирована), а поверхность жидкости всегда «натянута» одинаково, то есть силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Наличие сил поверхностного натяжения можно доказать с помощью такого опыта. Если проволочный каркас с закрепленной на нем нитью опустить в мыльный раствор, каркас затянется мыльной пленкой, а нить приобретет произвольную форму (рис. 33.2, а).

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Если осторожно проткнуть иглой мыльную пленку по одну сторону от нити, сила поверхностного натяжения мыльного раствора, действующая с другой стороны, натянет нить (рис. 33.2, б). Опустим в мыльный раствор проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна. На рамке образуется мыльная пленка (рис. 33.3). Будем растягивать эту пленку, действуя на перекладину (подвижную сторону рамки) с некоторой силой Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Таким образом, поверхностное натяжение σ численно равно силе поверхностного натяженияЧто означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды, которая действует на единицу длины l линии, ограничивающей поверхность: Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

С одним из методов определения поверхностного натяжения жидкости вы ознакомитесь, выполняя лабораторную работу № 7.

Где проявляется поверхностное натяжение

В жизни вы постоянно сталкиваетесь с проявлениями сил поверхностного натяжения. Так, благодаря ему на поверхности воды удерживаются легкие предметы (рис. 33.4) и некоторые насекомые.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Рис. 33.4. Монетка удерживается на поверхности воды благодаря силе поверхностного натяжения. (Чтобы провести такой опыт, монетку нужно потереть между пальцев и осторожно опустить на поверхность воды.)

Когда вы ныряете, ваши волосы расходятся во все стороны, но как только вы окажетесь над водой, волосы слипнутся, так как в этом случае площадь свободной поверхности воды намного меньше, чем при раздельном расположении прядей в воде. По этой же причине можно лепить фигуры из влажного песка: вода, обволакивая песчинки, прижимает их друг к другу.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Рис. 33.5. Капля удерживается около небольшого отверстия до тех пор, пока сила поверхностного натяжения уравновешивает силу тяжести

Стремлением жидкости уменьшить площадь поверхности объясняется и тот факт, что в условиях невесомости вода принимает форму шара, — при заданном объеме шарообразной форме соответствует наименьшая площадь поверхности. Форму шара приобретают тонкие мыльные пленки (мыльные пузыри). Поверхностным натяжением объясняется образование пены: пузырек газа, достигнув поверхности жидкости, имеет над собой тонкий слой жидкости; если пузырек мал, то архимедовой силы недостаточно, чтобы разорвать двойной поверхностный слой, и пузырек «застревает» вблизи поверхности. Благодаря поверхностному натяжению жидкость не выливается из маленького отверстия тоненькой струйкой, а капает (рис. 33.5), дождь не проливается через ткань зонта или палатки и т. д.

Почему одни жидкости собираются в капли, а другие растекаются

Наличие сил поверхностного натяжения проявляется в сферической форме мелких капелек росы, в каплях воды, разбегающихся по раскаленной плите, в капельках ртути на поверхности стекла. Однако при соприкосновении с твердым телом сферическая форма капли, как правило, не сохраняется. Форма свободной поверхности жидкости зависит также от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость не смачивает поверхность твердого тела (рис. 33.6). Например, ртуть не смачивает стекло, а вода не смачивает покрытую сажей поверхность.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Рис. 33.6. Капля несмачивающей жидкости принимает форму, близкую к сферической, а поверхность жидкости вблизи стенки сосуда является выпуклой

Если же капельку ртути поместить на цинковую пластину, то капелька будет стремиться растечься по поверхности пластины; так же ведет себя и капелька воды на стекле (рис. 33.7). Если силы взаимодействия между молекулами жидкости меньше сил взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость смачивает поверхность твердого тела.

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Рис. 33.7. Капля смачивающей жидкости стремится растечься по поверхности твердого тела, а вблизи стенки сосуда поверхность жидкости принимает вогнутую форму

Почему жидкость поднимается в капиллярах

В природе часто встречаются тела, пронизанные многочисленными мелкими капиллярами (от лат. capillaris — волосяной) — узкими каналами произвольной формы. Такую структуру имеют бумага, дерево, почва, многие ткани и строительные материалы. В цилиндрических капиллярах искривленная поверхность жидкости представляет собой часть сферы, которую называют мениском. У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск (рис. 33.8, а), а у несмачивающей — выпуклый (рис. 33.8, б).

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Рис. 33.8. капиллярные явления: а — смачивающая жидкость поднимается по капилляру; б — несмачивающая жидкость опускается в капилляре

Поверхность жидкости стремится к минимуму потенциальной энергии, а искривленная поверхность обладает большей площадью по сравнению с площадью сечения капилляра, поэтому поверхность жидкости стремится выровняться и под ней возникает избыточное (отрицательное или положительное) давление — лапласово давление (Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды).

Под вогнутой поверхностью (жидкость смачивает капилляр) лапласово давление отрицательное и жидкость втягивается в капилляр. Так поднимаются влага и питательные вещества в стеблях растений, керосин по фитилю, влага в почве. Вследствие лапласового давления салфетки или ткань впитывают воду, брюки в дождливую погоду сильно намокают снизу и т. д. Под выпуклой поверхностью (жидкость не смачивает капилляр) лапласово давление положительное и жидкость в капилляре опускается. Чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъема (или опускания) жидкости (см. задачу ниже).

Пример решения задачи

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение водыЧто означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

Решение:

На жидкость в капилляре действуют сила тяжести и сила поверхностного натяжения ( Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение водынаправлена вертикально вверх (по касательной к поверхности мениска). Подъем жидкости в капилляре будет продолжаться до тех пор, пока сила тяжести поднятого столба жидкости не уравновесит силу поверхностного натяжения: mg = Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды( *), где m — масса жидкости.

Поиск математической модели, решение

Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть фото Что означает поверхностное натяжение воды. Смотреть картинку Что означает поверхностное натяжение воды. Картинка про Что означает поверхностное натяжение воды. Фото Что означает поверхностное натяжение воды

где R — радиус кривизны мениска (при полном смачивании r=R).

Ответ: (Данные выводы следует запомнить!)

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *