Зависимость поверхностного натяжения от температуры Плотность газа и жидкости в критической точке. Поверхностное натяжение воды и других жидкостей зависит от рода жидкости из-за различий в их межмолекулярных силах.
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
ма») называется коэффициентом поверхностного натяжения и зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния. Поверхностное натяжение и температура Поверхностное натяжение жидкости зависит от различных факторов, включая род жидкости и температуру. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости).
Почему зависит поверхностное натяжение от рода жидкости
Зависимость поверхностного натяжения от температуры Плотность газа и жидкости в критической точке. Как зависит поверхностное натяжение жидкости от полярности еѐ молекул? Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Ответил (1 человек) на Вопрос: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости. 6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”. Главная» Новости» Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости.
История изучения поверхностного натяжения
- Поверхностное натяжение: чем вызвано, коэффициент, определение по формуле
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
- Поверхностное натяжение — формула, коэффициент, определение
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости кратко
- Поверхностное натяжение жидкости — формулы и определение с примерами
- Молекулярная структура воды
Почему зависит поверхностное натяжение от рода жидкости
Таким образом, вода «тонкая», имеющий низкую вязкость, а растительное масло «густое» с высокой вязкостью. Почему вещества с высоким поверхностным натяжением обладают высокой вязкостью? Почему вещества с высоким поверхностным натяжением также имеют высокую вязкость? Жидкости с более сильными межмолекулярными силами притяжения удерживают молекулы ближе друг к другу. Почему вода прилипает к поверхностям? Вода очень клейкая; он хорошо прилипает к различным веществам. Вода прилипает к другим вещам по той же причине, по которой она прилипает к самой себе — поскольку он полярен, он притягивается к веществам, имеющим заряд. Какой из следующих эффектов может возникнуть из-за высокого поверхностного натяжения воды? Высокое поверхностное натяжение жидкой воды держит лед наверху. Частичный отрицательный заряд на одном конце молекулы воды притягивается к частичному положительному заряду другой молекулы воды. Что произойдет, если у воды слабое поверхностное натяжение?
Как вы думаете, что произойдет, если вода будет иметь слабое поверхностное натяжение? Насекомые не смогут приземляться или ходить по воде. Почему вода имеет более высокую температуру кипения? Вода имеет необычно высокая температура кипения для жидкости. Эти сильные межмолекулярные силы заставляют молекулы воды «прилипать» друг к другу и препятствовать переходу в газообразную фазу. Почему вода имеет высокую температуру кипения и плавления? Высокая температура кипения и низкая температура плавления. Вода имеет прочные водородные связи между молекулами. Эти связи требуют много энергии, прежде чем они разорвутся. Это приводит к тому, что вода имеет более высокую температуру кипения, чем если бы были только более слабые диполь-дипольные силы.
Что вызывает высокое поверхностное натяжение, низкое давление пара и высокую температуру кипения воды quizlet? Водородная связь создает слегка положительная сторона и слегка отрицательная сторона, которая позволяет воде легко слипаться. Это то, что создает воду с высокой температурой кипения, низким давлением пара и высоким поверхностным натяжением. Почему вода имеет более высокое поверхностное натяжение, чем этанол?
В частности, контур, по которому граничат все три вещества, располагается на поверхности твердого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться т. Из рис. В соответствии с 37. Это имеет место в двух случаях. В этом случае жидкость неограниченно растекается по поверхности твердого тела — имеет место полное смачивание. Замена поверхности твердое тело — газ двумя поверхностями, твердое тело — жидкость и жидкость — газ, оказывается энергетически выгодной. При полном смачивании краевой угол равен нулю. Замена поверхности твердое тело — жидкость двумя поверхностями, твердое тело — газ и жидкость — газ, оказывается энергетически выгодной.
Эти силы называются силами поверхностного натяжения. 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.
Вследствие этого возникает некая направленная вглубь жидкости равнодействующая сила. Поверхностные молекулы втягиваются внутрь жидкости, с помощью действия сил межмолекулярного притяжения. Однако все молекулы, в том числе и принадлежащие пограничному слою, должны находиться в состоянии равновесия. Оно достигается за счет сокращения расстояния между молекулами в пограничном слое и ближайшими их соседями в жидкости.
Поверхностное натяжение
Ртуть, помещенная на поверхность твердого тела, не всегда образует круглые капли. Она растекается по цинковой пластинке, причем общая поверхность капельки, несомненно, увеличится. Капля анилина имеет шарообразную форму тоже только тогда, когда она не касается стенки стеклянного сосуда. Стоит ей коснуться стенки, как она тотчас прилипает к стеклу, растягиваясь по нему и приобретая большую общую поверхность. Это объясняется тем, что в случае соприкосновения с твердым телом силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела начинают играть существенную роль. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекулы жидкости с молекулой твердого тела. В случае ртути и стекла силы сцепления между молекулами ртути и стекла малы по сравнению с силами сцепления между молекулами ртути, и ртуть собирается в каплю. Такая жидкость называется не смачивающей твердое тело. В случае же ртути и цинка силы сцепления между молекулами жидкости и твердого тела превосходят силы сцепления, действующие между молекулами жидкости, и жидкость растекается по твердому телу.
В этом случае жидкость называется смачивающей твердое тело. Отсюда следует, что, говоря о поверхности жидкости, надо иметь в виду не только поверхность, где жидкость граничит с воздухом, но также и поверхность, граничащую с другими жидкостями и ли с твердым телом. В зависимости от того, смачивает ли жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения с твердой стенкой и газом имеет тот или иной вид. В случае несмачивания форма поверхности жидкости у края круглая, выпуклая. В случае смачивания жидкость у края принимает вогнутую форму. Капиллярные явления. В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево. Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела часто впитывают их в себя.
На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т. Подобные явления можно также наблюдать в узких стеклянных трубочках. Узкие трубочки называются капиллярными или волосными. При погружении такой трубочки одним концом в широкий сосуд в широкий сосуд происходит следующее: если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимется над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше, чем уже трубка; если жидкость не смачивает стенки, то наоборот уровень жидкости в трубке устанавливается ниже, чем в широком сосуде. Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках или зазорах получило название капиллярности. В широком смысле под капиллярными явлениями понимают все явления, обусловленные существованием поверхностного натяжения. Высота поднятия жидкости в капиллярных трубках зависит от радиуса канала в трубке, поверхностного натяжения и плотности жидкости. Между жидкостью в капилляре и в широком сосуде устанавливается такая разность уровней h, чтобы гидростатическое давление rgh уравновешивало капиллярное давление: где s - поверхностное натяжение жидкости R — радиус капилляра.
Высота поднятия жидкости в капилляре пропорциональна ее поверхностному натяжению и обратно пропорциональна радиусу канала капилляра и плотности жидкости закон Жюрена Почему мыльные пузыри круглые, а водомерки не тонут? Все это следствия одного и того же физического явления, без которого вода не была бы водой. Как будто жидкость заключена в упругую пленку, которая стремится сжать свое содержимое. Это позволяет веществу сохранять объем но не форму , и этот объем ограничивается поверхностью жидкости. Эти вторые значительно меньше первых, поэтому равнодействующая сила притяжения направлена внутрь жидкости, что способствует удержанию молекулы на поверхности. Поверхностное натяжение — это величина, которая показывает 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. Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна отношению поверхностной энергии к площади свободной поверхности жидкости.
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. 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. Каким усилием можно оторвать кольцо от раствора?
Температуру раствора считать комнатной. Масса кольца 7 г. Решение На кольцо действуют сила тяжести, сила поверхностного натяжения и внешняя сила, с которой отрывают кольцо от раствора. Так как кольцо соприкасается с раствором и внешней и внутренней сторонами, то сила поверхностного натяжения удваивается: Контур, ограничивающий поверхность жидкости, имеет форму окружности. Важность поверхностного натяжения Выше мы уже показали, что поверхностное натяжение встречается в повседневной жизни достаточно часто. Но на самом деле оно встречается еще чаще! В некоторых отраслях промышленности поверхностное натяжение используют как простой показатель загрязнения продуктов. Поскольку оно определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов вещества может привести к изменению этого показателя.
Поместить мыльную пленку на рамку и увидеть, как она стремится уменьшить свою площадь. Опустить проволочное кольцо в мыльный раствор и подействовать на него силой, чтобы оторвать от поверхности. Таким образом, силовое и энергетическое определения поверхностного натяжения тесно взаимосвязаны между собой и дополняют друг друга. Давайте разберемся, от чего зависит это удивительное свойство.
Зависимость поверхностного натяжения от условий Поверхностное натяжение определяется в первую очередь природой самой жидкости и того вещества, с которым она граничит обычно воздух или пар. Это связано с различной силой взаимодействия между молекулами. Объясняется это ослаблением сил притяжения между молекулами жидкости. При критической температуре поверхностное натяжение обращается в ноль.
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.
Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие стягивающие эту поверхность.
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м. Величина σ зависит от рода жидкости, температуры, наличия при-месей. Попытаемся выяснить, как поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, наличия примесей, температуры. 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. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей. Почему поверхностное натяжение воды зависит от рода жидкости.
Как можно объяснить поверхностное натяжение жидкостей?
Схема взаимодействия молекул поверхностного и глубинного слоев жидкости с окружающими молекулами Равнодействующая этих сил равна нулю, поэтому для перемещения молекулы внутри жидкости не требуется затрачивать работу. Для молекулы, находящейся на поверхности жидкости, силы молекулярного сцепления не будут скомпенсированы, поскольку молекула испытывает притяжение только со стороны молекул жидкости, которое не компенсируется со стороны газообразной фазы. В результате равнодействующая молекулярных сил не равна нулю и направлена внутрь жидкой фазы, стремясь затянуть молекулы с поверхности внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению. Падающая капля жидкости имеет форму шара, при которой ее поверхность наименьшая. Наличие на поверхности жидкости молекул, неуравновешенных межмолекулярными силами, создает в поверхностном слое свободную поверхностную энергию, стремящуюся уменьшиться. То есть, на поверхности жидкости как бы образуется пленка, обладающая поверхностным натяжением. Поэтому, чтобы увеличить поверхность раздела, то есть преодолеть поверхностное натяжение, необходимо затратить работу против сил молекулярного сцепления. Для чистых жидкостей поверхностное натяжение зависит от природы жидкости и температуры, а для растворов — от природы растворителя, природы и концентрации растворенного вещества. С повышением температуры, как установил Д. Менделеев, поверхностное натяжение уменьшается и практически становится равным нулю.
Но все молекулы, разумеется, не могут уйти вовнутрь. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности оказывается минимальной в каждом конкретном случае — при заданном объеме жидкости, силах, действующих на жидкость. Для перенесения молекул из глубины объема жидкости в ее поверхностный слой необходимо совершить работу по преодолению равнодействующей сил притяжения, действующих на молекулу в поверхностном слое. Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и от ее температуры : с повышением температуры оно уменьшается.
Так называемые поверхностно-активные вещества мыло, жирные кислоты также уменьшают поверхностное натяжение. Для экспериментального определения значения поверхностного натяжения жидкости можно использовать процесс образования и отрыва капель, вытекающих из капельницы.
Почему коэффициент поверхностного натяжения жидкостей зависит от рода жидкости? Чому и как коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры? Для чистых жидкостей не смесей.
При увеличении температуры коэффициент поверхностного натяжения уменьшается, причем вдали от критической точки практически прямо пропорционально увеличению температуры коэфф поверх.
По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.
Какие силы создают поверхностное натяжение жидкости?
- 2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
- Что такое поверхностное натяжение? |
- Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости
- Что такое поверхностное натяжение?
- Почему рода жидкости влияет на поверхностное натяжение?
Поверхностное натяжение веществ на границе с воздухом
- Какие силы создают поверхностное натяжение жидкости?
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости: удивительные свойства поверхностного слоя
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости
Поверхностное натяжение
| Поверхностное натяжение — формула, коэффициент, определение | Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода воды). |
| Поверхностное натяжение 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей | Тренажеры и разбор заданий | Почему поверхностное натяжение зависит от Рода Жидкости. Жидкости с маленькими и сферическими молекулами обычно имеют более высокое поверхностное натяжение, чем жидкости с большими и несферическими молекулами. |
Вода с низким поверхностным натяжением
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости: удивительные свойства поверхностного слоя | Поверхностное натяжение жидкости зависит от её рода из-за молекулярных сил, действующих на поверхности жидкости. |
| Подборка опытов по поверхностному натяжению жидкостей | Пикабу | Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. |
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? - Физика | Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости в силу межмолекулярных взаимодействий. |
| Почему поверхность натяжения зависит от рода жидкости? - Есть ответ! | Таким образом, рода жидкости влияют на поверхностное натяжение различными способами, причем эффект температуры может варьироваться для каждого рода жидкости. |
| Поверхностное натяжение 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей | Тренажеры и разбор заданий | Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. |
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости: удивительные свойства поверхностного слоя
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости в силу межмолекулярных взаимодействий. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). Чем обусловлено это удивительное явление и почему величина поверхностного натяжения так сильно зависит от природы жидкости? тем большая сила поверхносного натяжения.
Остались вопросы?
В лучшем случае оно стимулирует обсуждение и позволяет легко определить, о чем идет речь. В худшем случае — приводит людей к неправильной мысли о том, что на поверхности существует реальная пленка, которую можно содрать с капли, как шнурку с кролика. Краевой угол. По своей форме лужицы жидкости на столе делятся на два типа. Если стол наклонить, то такие капли будут скатываться. Эти два случая различаются по углу А угол внутри жидкости между поверхностью стола и поверхностью жидкости в месте их соприкосновения , который называют краевым углом. Тот же угол существует и на других границах раздела, например в том месте, где поверхность воды встречается со стенками стакана.
Если угол А мал, жидкость смачивает твердую поверхность. Это снова только название. Выбрав этот угол и дав ему название, мы ничего не узнали и не объяснили, а лишь облегчили обсуждение[68]. Попытка построить теорию Молекулы. Примем данное химиками определение молекул как мельчайших частиц вещества, из которых построены более крупные предметы, и приведем несколько рассуждений. Хотя такие предметы, как молекулы, видимо, существуют, их в обычный микроскоп не видно впоследствии, правда, будут приведены убедительные косвенные доказательства их существования , поэтому они должны быть очень малы и многочисленны.
Судя по тому, как жидкости льются, их молекулы, очевидно, легко скользят относительно друг друга. Жидкость трудно сжимается; это наводит на мысль, что молекулы в ней расположены тесно. Другие данные, с которыми вы познакомитесь позднее, позволяют думать, что молекулы жидкости постоянно находятся в быстром движении, сталкиваясь друг с другом, подобно людям в толпе, причем с повышением температуры движение это усиливается. Действительно, поведение жидкости можно имитировать с помощью стальных шариков или зерен песка, если эти большие «молекулы» заставить непрерывно вибрировать. Молекулярные силы: притяжение и отталкивание. Рассмотрим жидкость с точки зрения такой молекулярной картины.
Сразу же возникает мысль, что молекулы жидкости сопротивляются их растаскиванию в разные стороны, т, е. Вода в наполовину полном кувшине не расширяется и не улетучивается в отличие от газа, который стремится заполнить весь сосуд и быстро улетучивается, или диффундирует. Если сосуд открыт, жидкость остается в сосуде и ее молекулы, по-видимому, притягивают друг друга. Пока мысль о притяжении является лишь смутной догадкой. Именно в поверхностном натяжении, как и в некоторых других явлениях, эта мысль находит основательное подтверждение. Тот факт, что жидкости сильно сопротивляются сжатию, говорит о сопротивлении молекул жидкости более тесному сближению; следовательно, они должны отталкивать друг друга.
Таким же образом должны вести себя и молекулы газа при очень тесном сближении[69], и молекулы твердых тел[70]. Например, молекулы указательного и большого пальца отталкиваются при сжатии — какая другая причина могла бы помешать пальцам проникнуть один в другой? Но твердые вещества тоже сопротивляются попыткам растащить их в разные стороны; молекулы этих веществ должны притягивать друг друга. Мы представляем себе, что между молекулами твердых тел действуют два типа сил: силы отталкивания, которые, как показывает опыт, действуют только на очень малых расстояниях, т. В обычном ненапряженном твердом теле каждая молекула занимает нейтральное положение, так что равнодействующая этих сил равна нулю. При сжатии твердого тела возрастающее отталкивание между молекулами оказывает сопротивление.
Молекулы в твердом теле, жидкости и газе. Молекулы сохраняют более или менее постоянное положение, но по мере нагревания тела они колеблются все больше и больше; б — в жидкостях молекулы расположены близко друг к другу, как в твердых телах, но свободно перемещаются среди своих соседей. Чем выше температура, тем быстрее движение и тем более бурно происходят столкновения молекул; в — в газах молекулы находятся далеко друг от друга и быстро движутся, время от времени сталкиваясь чем выше температура, тем быстрее они движутся. Во время столкновений молекулы должны отталкиваться, в остальное время их действие друг на друга пренебрежимо мало. При растяжении твердого тела отталкивание уменьшается больше, чем притяжение, и снова возникает напряжение, сопротивляющееся нашим усилиям. Опыты показывают, что притяжение действует не на очень больших расстояниях, а лишь на расстоянии одного или двух диаметров молекул.
Тут как будто возникает противоречие. Жидкости должны были бы хоть немного растягиваться при растяжении, на самом же деле при попытке растяжения они распадаются на части и в них образуются пузырьки пара. Однако если позаботиться о тщательном удалении растворенного воздуха, жидкость можно заставить выдержать растяжение и вести себя необычным образом. Например, вода или ртуть держатся в верхней части барометра намного выше «высоты атмосферного столба», а сифон может работать в вакууме! Жидкости оказываются «слабыми, как вода» только в результате вредного влияния маленьких пузырьков воздуха. Молекулярное объяснение поверхностного натяжения.
Итак, тот факт, что жидкости сохраняют свой объем, мы «объяснили» наличием дальнодействующих сил притяжения. Посмотрим, не смогут ли эти силы объяснить существование поверхностного натяжения. Представим себе состояние молекулы А в середине сосуда с водой фиг. Со всех сторон ее толкают другие молекулы. Кроме того, со всех сторон ее притягивают ближайшие соседи — и равнодействующая сила притяжения равна нулю. Силы, действующие на молекулы, в жидкости.
Теперь рассмотрим другую молекулу В, находящуюся на поверхности воды. Ее тоже толкают, но не со всех сторон, и тоже притягивают, но не во всех направлениях. В области действия сил притяжения у нее есть соседи снизу и с каждой стороны, но нет соседей сверху. Равнодействующая сил притяжения направлена внутрь жидкости и уравновешивается действием столкновений снизу. Таким образом, молекула В испытывает притяжение вниз, наподобие дополнительного веса. Во внутренних областях большой круглой капли молекулы будут, подобно молекуле А, испытывать равномерное притяжение со всех сторон.
Молекулы на поверхности, подобно молекуле В, будут втягиваться внутрь. Так как такие молекулы В будут пытаться приблизиться к центру капли, поверхность будет стремиться сжаться; по существу создается впечатление, что капля имеет сжимающуюся оболочку. Очевидно, если на поверхности образуется гребень, молекулярное притяжение распрямит его, несмотря на мешающие возмущения небольшое углубление на поверхности также исчезнет, хотя это менее очевидно ; в результате притяжения молекул все неровности на поверхности будут сглаживаться фиг. Поверхностные силы в небольшой капле жидкости. Действующее на молекулы типа В притяжение соседей стремится придать массе жидкости сферическую форму. Заметьте, что сфера имеет минимальную поверхность при заданном объеме.
Если на поверхности появляются небольшие неправильности, поверхностные силы стремятся устранить их. Чтобы представить себе общую картину, сравните заполненную молекулами каплю с толпой людей, привлеченных уличной дракой. Прибывает все больше и больше заинтересованных зевак. Опоздавшие плохо видят, что происходит, они напирают на впереди стоящих — их притягивает любопытство, но они напирали бы так же, если бы их притягивали просто стоящие впереди соседи. Как влияет это притяжение к центру на толпу в целом? Подвижная толпа стягивается в круг с минимальным внешним периметром.
Круг имеет меньшую протяженность периметра, нежели любая другая фигура с той же общей площадью. Человек А, находящийся в глубине толпы, оказывается сжатым, и если ему позволяет рост, то видит, что его неприятные ощущения вызваны напирающими на него людьми, нажимающими внутрь. Он будет страдать точно тай же, если накинуть на толпу огромный пояс и затягивать его. Натянутый пояс будет влиять на внешнюю форму толпы и на тесноту внутри нее точно так же, как и стремление людей, находящихся снаружи, пробиться к середине. Поможет ли эта аналогия[72] понять, каким образом молекулярное притяжение оказывает то же действие, что и эластичная оболочка, растянутая по всей поверхности жидкости? С молекулярной точки зрения на поверхности жидкостей существует не реальная «шкурка», как у кролика, а особый слой внешних молекул.
Соотношение между поверхностными и объемными эффектами. Насекомые и поверхностное натяжение Почему эта «оболочка» превращает маленькие капли в совершенные по форме шарики вопреки действию силы тяжести и не может сделать этого с более крупными лужами? С молекулярной точки зрения согласно нашей теории, если вам угодно это обусловлено особым поведением молекул, расположенных на поверхности. Эти силы действуют на поверхности и не связаны с основной массой жидкости. Но сила тяжести действует на всю жидкость, равным образом на ее внешние и внутренние слои. Поверхностное натяжение — это «поверхностный эффект», а вес — «объемный эффект», и их относительная важность будет изменяться в зависимости от реального размера капли или лужи.
Представим себе, что поверхностные силы возрастают прямо пропорционально величине поверхности[73], тогда как вес, конечно, возрастает пропорционально объему. Рассмотрим превращение небольшой капли в каплю, в 10 раз большую. Для простоты представим, что капли имеют вид кубиков[74]: маленького С1 фиг. Как соотносятся их поверхности? Кубические «капли». Сравнение поверхности и объема.
Каждый куб имеет шесть граней. Куб с десятикратными линейными размерами имеет в 102, или в 100 раз, большую поверхность. Как соотносятся объемы этих кубов? Они соответственно равны а3 и 10а 3, т. Объем одного куба превышает объем другого в 103, или в 1000 раз, и, следовательно, вес воды в нем будет в 1000 раз больше. При переходе от малого кубика к большому поверхностные эффекты возрастут только в 100 раз, но действие силы тяжести возрастет в 1000 раз; таким образом, ее относительное значение увеличится в 10 раз.
На самом же деле силы поверхностного натяжения растягивают каждую границу, или край, поверхности. Поэтому они возрастают пропорционально линейным размерам, т. Для очень больших объемов сила тяжести во много раз превосходит влияние поверхностного натяжения; поэтому поверхность прудов плоская, а пролитое на пол ведро воды растекается под действием силы тяжести. На форму маленьких капель сильно влияет поверхностное натяжение, для очень маленьких капель это влияние становится определяющим. Для ныряющего в воду человека главную опасность представляет давление на него воды. Для крошечного клопа, ползущего по капле дождя, непреодолимы силы поверхностного натяжения.
Теперь понятно, почему маленькие водяные насекомые могут бегать по поверхности пруда не проваливаясь? Они ничем не рискуют: большинство из них водой не смачивается и провалиться не может. Даже если их насильно затолкнуть под воду, они немедленно выскочат наружу, причем помогает им поверхностный слой. Для крошечных насекомых, тело которых имеет способность намокать, капля воды оказывается тюрьмой. Частично смачиваемые водой насекомые могут держаться на ее поверхности, если они достаточно малы, но, погрузившись однажды в воду, случайно проскочив через упругую поверхность, они уже не смогут выбраться наружу. В жизни еще более мелких существ, например микробов, все определяется поверхностными силами; вес едва ли имеет для них какое-либо значение.
Весь контакт с внешним миром они осуществляют через свою поверхность; через нее поступает пища, и, если они хотят двигаться, им надо изменять-форму своей поверхности. Не удивительно поэтому, что такие существа можно уничтожать с помощью ядов, которые покрывают их поверхность, подобно тому как краска наносится на волокна одежды. Размышления завели нас далеко от экспериментальных фактов. Некоторые из развитых идей подтверждаются последующими опытами, другие стоят лишь немногим более простой игры воображения, и их следует использовать только в той мере, в какой они приводят к плодотворным предположениям. Краевой угол с молекулярной точки зрения Все же мы можем развить дальше молекулярную картину и обсудить, как жидкости соприкасаются с твердыми телами, т. Возвращаясь к небольшим лужицам на столе и к классификации по краевым углам, нарисуем каплю, поверхность которой принимает выпуклую форму под влиянием поверхностных сил, действующих на молекулы фиг.
Поверхностное натяжение и краевой угол с молекулярной точки зрения. В том месте, где лужица соприкасается со столом, угловые молекулы должны также притягиваться столом. Совместное притяжение стола и жидкости и определяет краевой угол. Складывая силы притяжения как векторы, получаем равнодействующую R сил притяжения со стороны соседних молекул как жидкости, так и стола. Для поверхности жидкости эта равнодействующая играет роль «вертикали», и поверхность расположится перпендикулярно к ней, точно так же, как поверхность большой лужи принимает горизонтальное положение, перпендикулярно силе тяжести. Итак, краевой угол определяется направлением равнодействующей сил притяжения R; прежде чем продолжить обсуждение, рассмотрим подробнее силы, которые определяют форму поверхности.
Молекулярные силы и поверхность жидкости Чтобы понять, почему поверхность жидкости располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения R, вернемся к обсуждению сил, действующих на молекулу. На молекулы действуют: дальнодействующие силы: б притяжение соседей только в пределах нескольких диаметров молекул ; короткодействующие силы: в сильное отталкивание во время столкновений с соседями на расстоянии долей диаметра молекулы. Для описания поведения молекул вряд ли стоит применять термин «равновесие», но все же можно сказать, что в покоящейся жидкости каждая молекула в среднем находится в равновесии. Коротко- и дальнодействующие силы. На любую молекулу на поверхности жидкости короткодействующие силы действуют со всех сторон и снизу, поэтому равнодействующая будут перпендикулярна поверхности. Равнодействующая дальнодействующих сил, которая уравновешивает эти короткодействующие силы, должна иметь противоположное направление, а следовательно, она также будет перпендикулярна поверхности.
Из последнего утверждения следует и обратное — поверхность должна быть перпендикулярна равнодействующей сил притяжения, в противном случае все силы перемещали бы поверхность, пока она не приняла бы этого положения. Конечно, в молекулярном масштабе сама поверхность исчезает в хаосе беспорядочных движений, подобно границе толпы. Она представляется гладкой, только когда ее рассматривают издалека. Две из названных сил действуют на поверхность и меняют свое направление, когда поверхность изгибается. Это — короткодействующее отталкивание и дальнодействующее притяжение соседей. Третья сила — земное притяжение — всегда направлена вертикально вниз.
В большом пруду основное направление задается силой тяжести, которая превращает всю поверхность в горизонтальную плоскость; поэтому две другие силы также вертикальны. На молекулы же, расположенные вблизи твердой стенки или на поверхности небольшой искривленной капли, притяжение соседей влияет намного больше, чем сила тяжести. Поэтому для объяснения искривленного мениска или краевого угла силой тяжести можно пренебречь.
Сферическая форма капли также объясняет, почему капли воды на поверхности не расплываются, а образуют шарики. Поверхностное натяжение делает поверхность капли похожей на эластичную пленку, которая позволяет капле сохранять свою форму.
Влияние поверхностного натяжения на форму жидкости Поверхностное натяжение также влияет на форму жидкости, находящейся в контейнере или на поверхности. Если поверхностное натяжение жидкости выше силы тяжести, то жидкость будет образовывать выпуклую поверхность, например, в случае капли на поверхности или в контейнере. Однако, если поверхностное натяжение жидкости ниже силы тяжести, то жидкость будет образовывать вогнутую поверхность. Примером такой формы может быть жидкость, находящаяся в тонкой трубке или капилляре. В этом случае, поверхностное натяжение преодолевает силу тяжести и создает вогнутую форму.
Поверхностное натяжение также может влиять на форму пузырьков воздуха, образующихся в жидкости. Они также принимают сферическую форму, так как поверхностное натяжение стремится уменьшить площадь поверхности пузырька. Все эти примеры демонстрируют, как поверхностное натяжение влияет на форму жидкости и объясняют некоторые явления, которые мы наблюдаем в повседневной жизни. Практическое применение поверхностного натяжения Поверхностное натяжение имеет множество практических применений в различных областях науки и техники. Вот некоторые из них: Мыльные пузыри Поверхностное натяжение играет ключевую роль в образовании мыльных пузырей.
Мыльные пузыри образуются из мыльного раствора, который содержит поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение жидкости, позволяя пузырю образовываться и сохранять свою форму. Мыльные пузыри также могут быть использованы для демонстрации различных физических явлений, таких как интерференция света. Капиллярное действие Капиллярное действие — это явление, при котором жидкость поднимается или опускается в узкой трубке или капилляре.
Менделеев, поверхностное натяжение уменьшается и практически становится равным нулю. Растворенные вещества изменяют поверхностное натяжение воды. Одни из них значительно понижают поверхностное натяжение.
Такие вещества называются поверхностно-активными ПАВ. По отношению к воде поверхностно-активными являются органические вещества с меньшим, чем у воды поверхностным натяжением: спирты, эфиры, углеводороды и их производные, нефть, мыло, синтетические моющие средства и др. Лэнгмюр и Гаркинс независимо друг от друга показали, что поверхностная активность определяется химическим строением их молекул. Такие молекулы отличаются несимметричным строением, они полярны и дифильны, то есть состоят из неполярной инактивной и полярной активной частей. Неполярная часть молекулы ПАВ чаще всего состоит из остатка насыщенного углеводорода алкила , содержащего до 20 атомов углерода. Полярная часть молекулы — это радикал или группа атомов с ненасыщенными химическими валентностями. Эти сильно полярные группы, создавая силовое поле, проявляют сродство к полярной фазе, а неактивная углеводородная цепь выталкивается из нее, обращаясь к менее полярной фазе, причем оси молекул ПАВ стремятся ориентироваться перпендикулярно к поверхности раздела.
При насыщении слоя образуется мономолекулярный слой молекул толщиной в одну молекулу.
Просмотрите видео, ознакомьтесь со статьей, напишите конспект. ДЗ: 1. Способность жидкости сокращать свою поверхность называют: а смачиванием, б поверхностным натяжением, в капиллярными явлениями.
Поверхностное натяжение зависит: а от рода жидкости, б от объема сосуда, в от давления.
Загадки поверхностного натяжения: почему жидкость любит себя?
Вода в невесомости Рис. Мыльные пузыри Наличием сил поверхностного натяжения также можно объяснить то, почему металлическая иголка «лежит» на поверхности воды рис. Иголка, которую аккуратно положили на поверхность, деформирует ее, увеличивая тем самым площадь этой поверхности. Таким образом, возникает сила поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, и она скомпенсирует силу тяжести. Иголка на поверхности воды Таким же образом можно объяснить принцип действия пипетки. Капелька, на которую действует сила тяжести, вытягивается вниз, тем самым увеличивая площадь своей поверхности. Естественно, возникают силы поверхностного натяжения, равнодействующая которых противоположна направлению силы тяжести, и которые не дают капельке растягиваться рис. Когда вы нажимаете на резиновый колпачок пипетки, вы тем самым создаете дополнительное давление, которое помогает силе тяжести, и в результате, капля падает вниз. Принцип работы пипетки Приведем еще один пример из повседневной жизни.
Если опустить кисточку для рисования в стакан с водой, то ее волоски распушатся. Если теперь вынуть эту кисточку из воды, то вы заметите, что все волоски прилипли друг к другу. Это связано с тем, что площадь поверхности воды, налипшей на кисточку, в таком случае будет минимальной. И еще один пример. Если вы захотите построить замок из сухого песка, это у вас вряд ли получится, поскольку песок будет рассыпаться под действием силы тяжести.
Понимание этого явления имеет значительное значение для различных приложений, например, в сельском хозяйстве, медицине и технологии пищевых продуктов. Различия в межмолекулярных силах разных жидкостей Поверхностное натяжение воды и других жидкостей зависит от рода жидкости из-за различий в их межмолекулярных силах. Межмолекулярные силы возникают из-за взаимодействия молекул вещества и влияют на его физические свойства, включая поверхностное натяжение. Существуют несколько видов межмолекулярных сил, которые могут присутствовать в разных жидкостях. Одним из наиболее распространенных видов межмолекулярных сил является ван-дер-ваальсова сила. Эта сила возникает из-за временных изменений электронной оболочки молекулы и приводит к притяжению между молекулами. Водородная связь — другой важный вид межмолекулярных сил, который может быть присутствующим в некоторых жидкостях, включая воду. Водородная связь возникает из-за притяжения между водородным атомом одной молекулы и атомом кислорода, азота или фтора другой молекулы. Различия в межмолекулярных силах разных жидкостей влияют на их способность образовывать пленку на поверхности.
Вследствие такого физического процесса жидкое тело часто принимает форму с минимальной поверхностью. Если на жидкость не влияют посторонние силы или их действие крайне мало, ее элементы к форме сферы в виде капли воды или мыльного пузыря. Аналогичным образом начинают вести себя вода находясь в невесомости. Жидкость движется так, как будто по касательной к ее основной поверхности действуют факторы, сокращающие данную среду. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Следовательно, коэффициент поверхностного натяжения возможно также определить, как основной модуль силы поверхностного натяжения, который в общем действует на единицу длины начального контура, ограничивающего свободную среду жидкости. Наличие указанных параметров делает поверхность жидкого вещества похожей на растянутую упругую пленку, с единственной разницей, что неизменные силы в пленке непосредственно зависят от площади ее системы, а сами силы поверхностного натяжения способны самостоятельно работать. Если положить небольшую швейную иглу на поверхность воды, гладь прогнется и не даст ей утонуть. Действием внешнего фактора можно описать скольжение легких насекомых таких, как водомерки, по всей поверхности водоемов.
Так на молекулы в поверхностном слое действует некомпенсированная сила со стороны внутренних слоев. По теоретическим оценкам это давление составляет примерно 11 тыс. Расстояние между молекулами воды можно вычислить через число Авогадро, молярную массу и плотность воды:. Поэтому сила указанная на рис.