Поверхностное натяжение жидкости зависит от. Причины поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение – порыв жидкости уменьшить собственную свободную поверхность, то есть сократить избыток потенциальной энергии на границе разъединения с газообразной фазой.
Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение
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. Лапка этих членистоногих деформирует водную поверхность, тем самым увеличивая ее площадь. В результате этого возникает сила поверхностного натяжения, стремящаяся уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сила будет всегда направлена исключительно вверх, компенсируя при этом действие тяжести.
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. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.
А при температуре нашего тела оно равно 70 единицам. Как видите, с повышением температуры воды все больше водородных связей разрывается. Почему хунзакутская вода имеет пониженное поверхностное натяжение — Фланаган об этом ничего не говорит. И неужели в хунзакутской воде нет больше ничего примечательного кроме пониженного поверхностного натяжения? Нам важнее было бы знать в каком количестве содержатся те или иные элементы. А то, что в воде много серебра, тоже нельзя рассматривать как позитивное явление, так как с определенной концентрации этого элемента в воде начинается его негативное воздействие на организм более подробно об ионах серебра говорится в 6-ой главе. Странно в общем-то видеть, что исследователь столько времени затратил на разгадку причины благоприятного воздействия хунзакутской воды на организм человека, но при этом не определил химический состав этой воды, хотя мне кажется, что он все же производил анализы химического состава этой воды, иначе откуда бы он знал, что в ней находятся почти все химические элементы. Вероятнее всего, что он не пришел к определенному выводу, так как эта вода содержит очень мало минеральных веществ и ее можно было бы назвать маломинерализованной. Но и это определение еще мало о чем нам говорит, как мы знаем из предыдущей главы. Поэтому Фланаган мог намеренно упустить вопрос о минерализации и уделил главное внимание поверхностному натяжению. Почему я пришел к такому выводу? А потому, что, опустив по сути дела вопрос о минерализации воды, Фланаган в итоге предлагает понижать поверхностное натяжение не обычной водопроводной воды, которой большинство людей пользуется, а только дистиллированной. Поэтому я считаю, что Фланаган не совсем логично заявляет, что позитивный биологический эффект дает вода, имеющая только одно качество — низкое поверхностное натяжение. Следует учитывать и второе явное качество предлагаемой им воды — отсутствие в ней ионов кальция. Здесь уместно будет заметить, что вся грандиозная система Гималаев сложена из магматических пород, в которых практически нет кальция, а поэтому и все воды с этих гор являются мягкими и благоприятными для здоровья человека. Точно так же и Тибетское нагорье составляют магматические породы, и вТибете вода всегда была мягкая, а поэтому и так называемую высокоэффективную тибетскую медицину надо воспринимать через призму благодатной природной воды этих мест. Но стоит перенести методы этой медицины на нашу жесткую воду и результаты станут не столь впечатляющими. Из всего сказанного мы можем сделать по крайней мере два вывода, что качество питьевой воды в первую очередь зависит от ее химического состава и об этом никогда не следует забывать, как бы нас ни убаюкивали всевозможными околоводными прилагательными, вроде родниковой, экологически чистой, кристально чистой, небесной или просто минеральной. А второй вывод заключается в том, что вода обладает непомерно большим поверхностным натяжением и это в общем неблагоприятно сказывается на нашем здоровье, а поэтому следует по возможности понижать его, а точнее — следует уменьшать число водородных связей в воде. Но чем благоприятно для организма человека уменьшение числа водородных связей в воде или ослабление этих связей? Я боюсь, что уже утомил читателей этой главой, а поэтому хочу побыстрее ее закончить. В этой главе мы кратко выяснили, что собой представляют водородные связи, какое влияние они оказывают на поверхностное натяжение воды. А по величине поверхностного натяжения можно судить и о величине водородных связей. Поэтому мы будем; знать, что, уменьшая величину поверхностного натяжения воды, мы одновременно уменьшаем и величину водородных связей. И что же нам дает уменьшение величины водородных связей?
Силовое механическое определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости [1]. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. В СИ он измеряется в ньютонах на метр. В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения. В 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников [2] , что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к шарообразным.
2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости кратко | 6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”. |
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? | Получи верный ответ на вопрос Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости? |
Почему поверхностное натяжение зависит от рода
Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода воды). Почему у воды поверхностное натяжение больше, чем у других жидкостей?
Поверхностное натяжение воды. НПК.
Условное изображение молекулы ПАВ Полярные группы в воде гидратируются, неполярная часть молекул ПАВ представляют собой гидрофобную углеводородную цепь или радикал. Молекула ПАВ из-за своего дифильного строения по-разному взаимодействует с молекулами воды в растворе: полярная часть легко гидратируется благодаря этому идет растворение молекул ПАВ — этот процесс энергетически очень выгоден , неполярный углеводородный радикал, слабо взаимодействуя с водой, препятствует межмолекулярному взаимодействию диполей воды друг с другом. В результате на поверхности образуется определённым образом ориентированный адсорбционный слой, в котором полярная часть обращена в воду, а неполярный радикал - в контактирующую фазу например, в воздух. При этом уменьшается избыточная поверхностная энергия, а, следовательно, и поверхностное натяжение.
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. 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.
Молекула Б с одной стороны окружена молекулами жидкости, а с другой — молекулами газа. Чтобы молекула из глубины попала в поверхностный слой, нужно совершить работу против межмолекулярных сил. Это означает, что молекулы поверхностного слоя жидкости по сравнению с молекулами внутри жидкости обладают избыточной потенциальной энергией. Эта избыточная энергия является частью внутренней энергии жидкости и называется поверхностной энергией Wпов. Поверхностное натяжение жидкости — физическая величина, которая характеризует данную жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости: Единица поверхностного натяжения в СИ — ньютон на метр: Поверхностное натяжение жидкости определяется силами межмолекулярного взаимодействия, поэтому оно зависит: от природы жидкости: у летучих жидкостей эфир, спирт, бензин поверхностное натяжение меньше, чем у нелетучих ртуть, жидкие металлы ; температуры жидкости: чем выше температура жидкости, тем меньше поверхностное натяжение; присутствия в составе жидкости поверхностно активных веществ — их наличие уменьшает поверхностное натяжение; свойств газа, с которым жидкость граничит. В таблицах обычно приводят значение поверхностного натяжения на границе жидкости и воздуха при определенной температуре табл.
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. Если осторожно проткнуть иглой мыльную пленку по одну сторону от нити, сила поверхностного натяжения мыльного раствора, действующая с другой стороны, натянет нить рис.
Опустим в мыльный раствор проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна.
В отличие от молекул в глубине жидкости, молекулы, располагающиеся в пограничном ее слое, окружены другими молекулами этой же жидкости не со всех сторон. В среднем воздействующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул силы межмолекулярного взаимодействия взаимно скомпенсированы. Каждая отдельно взятая молекула в пограничном слое притягивается находящимися внутри жидкости молекулами. При этом, силами, которые оказывают воздействие на такую молекулу жидкости со стороны молекул газа можно пренебречь.
Это ошеломляющее сочетание тонкой силы и идеальной адаптации. Однако, что наиболее важно, и то, что мало кто осознает, поверхностное натяжение позволяет вещам плавать, от листьев и семян до молекул и белков. Когда вы опускаетесь до микроскопического масштаба, поверхность любого водоема очень жива и поддерживается поверхностным натяжением молекул воды. Наши экосистемы не смогут выжить или даже развиваться без воздействия поверхностного натяжения, а сам состав воды будет менее стабильным, постоянно поступая и выходя из газообразного состояния. Поверхностное натяжение - это одна из тех деталей научного мира, которые, возможно, трудно осмыслить или оценить в вашей повседневной жизни, но на самом деле она лежит в основе всей жизни, как мы ее знаем. Поверхностное натяжение позволяет экосистемам процветать, оно позволяет семенам и молекулам плавать, и управляет большей частью жизни, хотя большинство людей не замечают этого. Это также дает интригующее напоминание о том, насколько сложна и замечательна каждая капля воды. В следующий раз, когда вы выдуете мыльный пузырь или капните воду с кончика листа, помните, что единственное, что делает эти маленькие чудеса возможными, это поверхностное натяжение!
ПОЧЕМУ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ РОДА ЖИДКОСТИ
Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости из-за различной структуры и взаимодействия молекул вещества. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. 'В таблице 4 показано как зависит поверхностное натяжение и вязкость воды от ее температуры. Коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м. Величина σ зависит от рода жидкости, температуры, наличия при-месей.
Капиллярные явления
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. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости меньше сил взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость смачивает поверхность твердого тела. 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. 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. 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.
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. Пример решения задачи Капиллярную трубку радиусом r одним концом опустили в жидкость, смачивающую внутреннюю поверхность капилляра. Чему равно лапласово давление под вогнутой поверхностью капилляра?
Смачивание считайте полным. Решение: На жидкость в капилляре действуют сила тяжести и сила поверхностного натяжения направлена вертикально вверх по касательной к поверхности мениска. Ответ: Данные выводы следует запомнить!
Первый элемент окружен другими атомами жидкости равномерно, поэтому действующие на молекулу силы со стороны попадающих в сферу межмолекулярного взаимодействия частиц всегда скомпенсированы, или, иными словами, их равнодействующая мощность равна нулю. Таким образом, для того чтобы молекула из глубины жидкости оказалась в поверхностном слое, следует выполнить работу против нескомпенсированных сил.
А это означает, что атомы приповерхностного уровня, по сравнению с частицами внутри жидкости, оснащены избыточной потенциальной энергией, которая носит название поверхностной энергии. Коэффициент поверхностного натяжения Рисунок 3. Поверхностное напряжение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ Определение 2 Коэффициент поверхностного натяжения — это физический показатель, характеризующий определенную жидкость и численно равный соотношению поверхностной энергии к общей площади свободной среды жидкости. Указанная величина напрямую зависит от: природы жидкости у «летучих элементах таких, как спирт, эфир, бензин, коэффициент поверхностного натяжения значительно меньше, чем у «нелетучих — ртути, воды ; температуры жидкого вещества чем выше температура, тем меньше итоговое поверхностное натяжение ; свойств идеального газа, граничащий с данной жидкостью; наличия стабильных поверхностно-активных элементов таких, как стиральный порошок или мыло, которые способны уменьшить поверхностное натяжение.
Замечание 1 Также следует отметить, что параметр поверхностного натяжения не зависит от начальной площади свободной среды жидкости. Из механики также известно, что неизменным состояниям системы всегда соответствует минимальное значение ее внутренней энергии.
Давление в жидкости обусловлено изменением ее объема — сжатием.
По отношению к изменению объема жидкости обладают упругостью. Силы упругости в жидкости — это и есть силы давления. Таким образом, если жидкость действует с силами давления на соприкасающиеся с ней тела, это значит, что она сжата.
Так как при сжатии плотность вещества растет то можно сказать, что жидкости обладают упругостью по отношению к изменению плотности. Давление в жидкости перпендикулярно любой поверхности, помещенной в жидкость. Давление в жидкости на глубине h равно сумме давления на поверхности и величины, пропорциональной глубине: Благодаря тому, что жидкости могут передавать статическое давление, практически не менее своей плотности они могут использоваться в устройствах, дающих выигрыш в силе: гидравлическом прессе.
Закон Архимеда На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Так как давление увеличивается с глубиной погружения, то силы давления, действующие на нижнюю часть жидкости и направленные вверх, больше, чем силы, действующие на верхнюю его часть и направленные вниз, и мы можем ожидать, что равнодействующая сил давления будет направлена вверх. Равнодействующая сил давления на тело, погруженное в жидкость, называется поддерживающей силой жидкости.
Если тело, погруженное в жидкость, предоставить самому себе, то оно потонет, останется в равновесии или всплывет на поверхность жидкости в зависимости от того, меньше ли поддерживающая сила, чем сила тяжести, действующая на тело, равна ей или больше ее. Закон Архимеда заключается в том, что на тело, находящееся в жидкости, действует направленная вверх выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости. Если тело, погруженное в жидкость, подвешено к чаше весов, то весы показывают разность между весом тела в воздухе и весом вытесненной жидкости.
Поэтому закону Архимеда придают иногда следующую формулировку: тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Испарение В поверхностном слое и вблизи поверхности жидкости действуют силы, которые обеспечивают существование поверхности и не позволяют молекулам покидать объем жидкости. Благодаря тепловому движению некоторая часть молекул имеет достаточно большие скорости, чтобы преодолеть силы, удерживающие молекулы в жидкости, и покинуть жидкость.
Это явление называется испарением. Оно наблюдается при любой температуре, но его интенсивность возрастает с увеличением температуры. Если покинувшие жидкость молекулы удаляются из пространства вблизи поверхности жидкости, то, в конце концов, вся жидкость испарится.
Если же молекулы, покинувшие жидкость не удаляются, то они образуют пар. Молекулы пара, попавшие в область вблизи поверхности жидкости, силами притяжения втягиваются в жидкость. Этот процесс называется конденсацией.
Таким образом, в случае неудаления молекул скорость испарения уменьшается со временем. При дальнейшем увеличении плотности пара достигается такая ситуация, когда число молекул, покидающих жидкость за некоторое время, будет равно числу молекул, возвращающихся в жидкость за то же время. Наступает состояние динамического равновесия.
Пар в состоянии динамического равновесия с жидкостью называется насыщенным. С повышением температуры плотность и давление насыщенного пара увеличиваются. Чем выше температура, тем большее число молекул жидкости обладает энергией, достаточной для испарения, и тем большей должна быть плотность пара, чтобы конденсация могла сравняться с испарением.
Кипение Кипение — это интенсивное испарение жидкости, происходящее не только с поверхности, но и во всем ее объеме, внутрь образующихся пузырьков пара. Чтобы перейти из жидкости в пар, молекулы должны приобрести энергию, необходимую для преодоления сил притяжения, удерживающих их в жидкости. Температурой кипения является та температура, при которой давление насыщенных паров становится равным внешнему давлению.
При увеличении давления температура кипения увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. По причине изменения давления в жидкости с высотой ее столба, кипение на различных уровнях в жидкости происходит, строго говоря, при различной температуре. Определенную температуру имеет лишь насыщенный пар над поверхностью кипящей жидкости.
Его температура определяется только внешним давлением. Именно эта температура имеется в виду, когда говорят о температуре кипения. Температуры кипения различных жидкостей сильно отличаются, между собой и это находит широкое применение в технике, например, при разгонке нефтепродуктов.
Количество тепла, которое необходимо подвести, для того чтобы изотермически превратить в пар определенное количество жидкости, при внешнем давлении, равном давлению ее насыщенных паров, называется скрытой теплотой парообразования. Обычно эту величину соотносят к одному грамму, или одному молю. Количество теплоты, необходимое для изотермического испарения моля жидкости называется молярной скрытой теплотой парообразования.
Если эту величину поделить на молекулярный вес, то получится удельная скрытая теплота парообразования. Поверхностное натяжение жидкости Свойство жидкости сокращать свою поверхность до минимума называется поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение — явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
На поверхности жидкости молекулы испытывают действие сил, которые не являются симметричными. На находящуюся внутри жидкости молекулу со стороны соседей в среднем равномерно со всех сторон действует сила притяжения, сцепления. Если поверхность жидкости увеличивать, то молекулы будут двигаться против действия удерживающих сил.
Таким образом, сила, стремящаяся сократить поверхность жидкости, действует в противоположном направлении внешней растягивающей поверхность силе. Эта сила называется силой поверхностного натяжения и вычисляется по формуле: - коэффициент поверхностного натяжения - длина границы поверхности жидкости Обратим внимание, что у легко испаряющихся жидкостей эфира, спирта поверхностное натяжение меньше, чем у жидкостей нелетучих у ртути. Очень мало поверхностное натяжение у жидкого водорода и, особенно, у жидкого гелия.
Почему коэффициент поверхностного натяжения жидкостей зависит от рода жидкости? Чому и как коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры? Ksyusharydkina 9 июн. LenaSmirnowae 9 июл. Dinaraoshirova 25 июл. Адамсон 5 янв. Allinky 25 апр. Тмлтлтлмл 10 июн. Vandriyash12 21 сент.
Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение
'В таблице 4 показано как зависит поверхностное натяжение и вязкость воды от ее температуры. Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости). Поскольку поверхностное натяжение определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов жидкости, поверхностно-активных веществ, топлива или соединений в жидкости может привести к изменению поверхностного натяжения. Рис.2.5. Зависимость поверхностного натяжения неполярной жидкости от Т. Другие вещества менее строго следуют этой зависимости, но часто отклонениями можно пренебречь, т.к. dσ/dТ слабо зависит от температуры (для воды dσ/dТ= -0,16 10-3 Дж/м2).
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
Поверхностное натяжение жидкости является причиной появления капиллярного эффекта. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). Род жидкости также оказывает влияние на зависимость поверхностного натяжения от температуры.
почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости
Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык. На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги. Консультацию по вопросам и домашним заданиям может получить любой школьник или студент.
Понимание того, как поверхностное натяжение зависит от температуры и рода жидкости, имеет практическое значение в различных областях, таких как физика, химия, биология и технологии. Это позволяет контролировать поверхностное натяжение, что может быть полезно при разработке новых материалов, улучшении процессов фильтрации и создании новых технологий взаимодействия с жидкостями.
Влияние рода жидкости на поверхностное натяжение Различные жидкости имеют разные значения поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение зависит от молекулярной структуры и межмолекулярных сил вещества. Также влияние на поверхностное натяжение оказывает температура. Различные роды жидкостей обладают различными значениями сил притяжения между частицами.
Например, вода имеет относительно высокое поверхностное натяжение из-за сильных водородных связей между молекулами. Это делает воду такой «липкой» и способной образовывать капли на поверхности. С другой стороны, некоторые жидкости, такие как спирты, имеют более низкое поверхностное натяжение из-за отсутствия или слабости водородных связей. Это позволяет им распространяться по поверхностям и проникать в более тонкие межмолекулярные промежутки.
Также некоторые жидкости, например, масла, обладают очень низким поверхностным натяжением, что делает их еще более распространенными и гладкими по поверхности.
На каждую молекулу внутри жидкости действуют силы притяжения соседних молекул, окружающих ее со всех сторон см. Равнодействующая этих сил равна нулю. Равнодействующая же сил притяжения, действующих на молекулы поверхностного слоя, не равна нулю так как над поверхностью жидкости находится пар, плотность которого во много раз меньше, чем плотность жидкости и направлена внутрь жидкости. Под действием этой силы молекулы поверхностного слоя стремятся втянуться внутрь жидкости, число молекул на поверхности уменьшается, и площадь поверхности сокращается. 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.
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.
Просто говорят: «Поверхность располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения, которые действуют на молекулу, находящуюся на поверхности». Краевой угол и молекулярные силы Чтобы объяснить природу краевого угла с точки зрения молекулярных сил, рассмотрим силы притяжения, действующие на молекулу С, которая находится в том месте, где лужица жидкости соприкасается с твердым столом фиг. Силы, действующие на молекулу, находящуюся на краю небольшой лужицы жидкости. Лужица находится на столе, который сильно притягивает молекулы жидкости. Во-первых, на нее действует притяжение соседей, находящихся внутри слоя жидкости; равнодействующая этих сил равна F1 и направлена по биссектрисе угла клина направление подсказано симметрией. Во-вторых, ее притягивают молекулы твердого стола с равнодействующей F2, которая перпендикулярна столу снова по соображениям симметрии.
Векторное сложение сил F1 и F2 и дает их равнодействующую R; поверхность жидкости должна расположиться перпендикулярно R. Это схематически изображено на фиг. В таком случае краевой угол невелик и жидкость смачивает стол. Можно сказать, что сильно притягивающий стол побуждает жидкость растекаться. Таким образом, смачивание зависит от относительной силы молекулярного притяжения. Если молекулы жидкости притягиваются молекулами твердого тела сильнее, чем соседними молекулами самой жидкости, жидкость будет смачивать стол и растекаться.
С другой стороны, если молекула жидкости предпочитает своих собратьев молекулам стола, силу F1 следует нарисовать больше F2 и картина примет такой вид, как на фиг. Для «водоотталкивания», по-видимому, требуется, чтобы молекулы жидкости испытывали со стороны соседних молекул стола меньшее притяжение, чем со стороны соседних молекул жидкости. Лужица находится на столе, который слабо притягивает молекулы жидкости. Водоотталкивание и смачивание Таково молекулярное объяснение смачивания и краевого угла. Разве это не просто волшебная сказка, выдуманная для того, чтобы свести концы с концами? Нет, это объяснение совсем не так плохо, поскольку оно основано на молекулярных представлениях, которые используются в других областях физики и химии.
Кроме того, оно позволяет сделать полезные рекомендации: 1 Для улучшения смачивания мечта прачек надо сделать F2 больше, чем F1, т. Это можно осуществить, применяя молекулы-посредники, которыми на практике являются молекулы мыла. Таким образом, мы раскрыли секрет мыла и указали путь к созданию новых синтетических моющих средств. На вопрос: «Какой толщины должно быть покрытие? На вопрос: «Какова толщина молекулы? Это особенно заметно, когда жидкости поднимаются в очень узких трубках; «капиллярность» — полезное свойство жидкостей, и мы сейчас его разберем.
Нагрейте кусок стеклянной трубки, растяните его в очень тонкую трубку и опустите один ее конец в чернила фиг. Окрашенная вода поднимается вверх вопреки силе тяжести, опровергая правило: «вода в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне». Однако в U-образной трубке с колонами разного сечения жидкость все же устанавливается на одном уровне фиг. Если вспомнить обсуждение относительной роли поверхностных и объемных эффектов, можно догадаться, что влияние поверхностного натяжения будет более заметно в приборах малых размеров; например, в небольшой U-образной трубке фиг. Конечно, это то же самое, что мы уже видели при погружении тонкой трубки в чернила. Наброски, представленные на фиг.
Если жидкость поднимается в тонких трубках, то в еще более тонких она должна подняться еще выше. Проверьте это см. Капиллярные явления. Поскольку это следствие поверхностного натяжения проявляется в трубках, «тонких, как волос», оно получило название от латинского слова «волос» — capilla. Таким образом, капиллярность — это старое название поверхностного натяжения, которое еще применяется, чтобы охарактеризовать поведение жидкостей в тонких трубках. Это красивое название, но оно не объясняет подъема жидкости.
Сказать, что вода поднимается по тонкой трубке вследствие капиллярности, по существу то же, что сказать «вследствие поведения тонких трубок». Рассматривая через увеличительное стекло мениск поверхность жидкости в тонкой трубке, мы увидим, что он висит, как прикрепленный к стеклу изогнутый мешок, весьма похожий на одеяло пожарников, которые ловят выбрасывающегося из окна горящего дома тяжелого мужчину фиг. Снова возникает мысль о резиновой оболочке. Если измерить силы, удерживающие оболочку, то видно, что эти же силы определяют форму маленьких капель. Можно даже говорить, что оболочка удерживает поднимающуюся по трубке жидкость[75], но более реально говорить о молекулах, которые вскарабкиваются по внутренней поверхности трубки и образуют изогнутый мениск. Жидкости поднимаются не только в круглом стеклянном капилляре.
Капиллярность проявляется в любом узком пространстве. Когда вода стекает между щетинками малярной кисти или увлажняет в ванне ваши волосы, то она заполняет не полые волоски, а узкие промежутки между отдельными волосками. На таком поведении жидкостей основано всасывание масла в ламповый фитиль, воды в банное полотенце и т. Задача 3 трудная. Формула капиллярности Допустим, что подъем жидкости в капилляре определяется разностью давлений по обе стороны мениска. Вернитесь к опыту с двумя соединенными друг с другом мыльными пузырями см.
Какой вывод только из этого опыта можно сделать о соотношении между высотой подъема в капилляре и его диаметром? Задача 4. Капиллярность в несмачиваемой трубке Возьмем жидкость, которая образует со стенками трубки большой краевой угол. К задаче 4. Уровень ртути в широкой трубке показан, но рисунки не закончены. Набросайте в тетради все эти рисунки и закончите их.
Применения капиллярности Чтобы жидкость втягивалась в капилляр, а не только поднималась вверх, и вообще проникала в поры, необходим малый краевой угол между жидкостью и стенками пор. При большой величине краевого угла предметы будут оставаться сухими. Ниже приведены примеры, которые демонстрируют роль капиллярности и смачивания в природе и в быту. Чернила на конце пера щель на конце пера подает чернила на бумагу вследствие капиллярности; стальные перья, применявшиеся прежде, когда они бывали новыми, имели большой краевой угол, и для улучшения работы перья следовало смочить слюной. Чернила на бумаге но поры в бумаге должны быть закрыты. Кровь на бинтах.
Капли от насморка на слизистой оболочке носа. Припой на металле для уменьшения краевого угла применяют флюс. Слюна на пище. Растворитель для краски на сухом порошке красителя. Жидкая краска на окрашиваемых поверхностях с этим связан ряд вопросов в технике живописи. Мыльная вода при стирке грязной одежды.
Вода на стеклах очков здесь нет узких промежутков, но при небольшом краевом угле конденсирующаяся на стекле вода создает плоскую пленку, а не туман из капелек. Блинное тесто на сковороде. Вода на полу в ванной. Вода на стеклах очков мелкие капли быстрее испаряются. Важную роль капиллярность играет в садоводстве. Вода проникает в тонкие промежутки между частицами почвы.
Разрыхление и вскапывание изменяет размеры этих промежутков и затрудняет доступ воды из глубины почвы к поверхности, предотвращая тем самым ее испарение. Кирпичи пористы. Кирпичные дома на высоте 30 см или более от поверхности земли должны иметь изоляцию от влаги из непористого материала. Объяснение капиллярности с молекулярной точки зрения По всей трубке вверх поднимается очень тонкий слой жидкости, возможно, толщиной в одну молекулу, а за ним ползет основная масса жидкости, образуя искривленный мениск. Силы F1 и F2 для случаев малого и большого краевого угла схематически изображены на фиг. Молекулярные силы, краевой угол и капиллярность.
Поверхность жидкости располагается перпендикулярно равнодействующей R сил притяжения, действующих на ее молекулы. Это является результатом короткодействующих сил, которые проявляются при столкновениях с другими молекулами. Когда краевой угол равен нулю, стеклянная стенка, вероятно, на всем протяжении покрыта тонким слоем жидкости толщиной в несколько молекул. Мениск всползает по этому слою жидкости. Рисунки весьма упрощены, так как на них не учтена сила тяжести. Вещества, облегчающие смачивание: мыла и моющие средства Очень часто, когда нужен малый краевой угол, природа дает нам большой.
Овечья шерсть, например, не смачивается водой; это мешает обработке отары растворами при дезинсекции. С обеденной посуды вода скатывается, как со спины утки, и даже на чайных стаканах порой остаются несмачиваемые отпечатки пальцев. А новые посудные полотенца, поступающие со склада с ужасной восковой отделкой! Нам необходимы молекулы-посредники, которые образовывали бы промежуточный слой и уменьшали бы краевой угол между водой и жирными тарелками, покрытыми воском волокнами одежды и т. Сейчас эту роль выполняют моющие средства, предшественником которых было мыло. Мыло действует на жир с помощью поверхностного натяжения, помогая воде заползать под жир и отрывать его частички, которые смываются в виде эмульсии скопление мелких частиц жира, взвешенных в воде.
Один конец молекулы мыла имеет сродство к воде вследствие химического или электрического притяжения[76], а другой конец инертен к воде, но легко присоединяется к жиру. В то время как «жирные» концы образуют облако вокруг частиц жира, «водяные» концы выступают наружу и притягивают воду. Современные синтетические мыла или стиральные порошки обычно облегчают смачивание. Их молекулы действуют как посредники и уменьшают краевой угол. Они проникают в любую щель между жиром и тарелкой, облегчая попадание туда воды. Вообразим себя в роли физиков-судомоек, которые приходят к группе химиков и говорят: «Пожалуйста, разработайте и пустите в производство вещество, которое было бы пригодно в качестве моющего средства.
Производство этого средства должно быть недорогим». Современные химики-органики ответят: «Это легко сделать». Чтобы прицепиться к воску или к жиру, молекулы должны иметь длинную углеводородную цепь, подобную следующей[77]»: но не слишком длинную, иначе она не будет растворяться в воде. Воски и жиры имеют аналогичную цепную структуру, и они должны притягивать такие цепи. Затем это вещество на одном из концов должно иметь нечто обладающее сродством к воде, например атом натрия. Такого рода молекулы были сконструированы и изготовлены, и сейчас мы покупаем их в больших количествах в хозяйственных магазинах.
Ниже приведены примеры обычного мыла и синтетического стирального порошка подобной структуры[78]. К числу таких веществ относится также применяемый в фотографии и исследовательской работе аэрозоль. На покрытое воском стекло наносят каплю чистой воды фиг. Концом спички добавляют раствор моющего средства и следят за изменением краевого угла.
Поверхностное натяжение и его зависимость от температуры и рода жидкости
6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”. Получи верный ответ на вопрос Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости? Поверхностное натяжение зависит от свойств молекул жидкости и внешних условий, таких как температура и давление.