Жидкость. Поверхностное натяжение жидкостей

Рідина. Поверхневий натяг рідин 

Рідина – це такий стан речовини, в якій кінетична енергія хаотичного руху молекул приблизно дорівнює потенціальній енергії їх взаємодії.

Розглянемо довільну рідину і визначимо стан молекул на вільній поверхні і всередині рідини.

Всередині рідини молекулу з усіх боків симетрично оточують такі ж самі молекули і дія їх компенсується .

У молекули, яка знаходиться на поверхні рідини, оточення не симетричне – переважають дії молекул нижчих шарів (рідини). Взаємодія молекули рідини з молекулами повітря і пари над рідиною настільки мала, що нею можна знехтувати. Отже, усі молекули рідини, які містяться в поверхневому шарі, товщина якого дорівнює радіусу сфери молекулярної взаємодії (R = 10-7 см), перебувають під дією певних результуючих сил молекулярних взаємодій, напрямлених всередину рідини. Чим вища молекула в поверхневому шарі, тим більша результуюча сила діє на неї. Ці сили створюють поверхневий молекулярний тиск на рідину.

Щоб перейти з середини рідини в поверхневий шар, молекули повинні виконати роботу проти результуючих сил молекулярних дій інших шарів молекул. Через те потенціальна енергія поверхневих молекул збільшується. Весь поверхневий шар має додаткову енергію, яка є складовою частиною внутрішньої енергії рідини.

Оскільки положенню рівноваги відповідає мінімум потенціальної енергії, то рідина прагне скоротити площу поверхневої плівки і приймає форму кулі, коли на неї не діють ніякі сили.

Сили, які зумовлюють таке скорочення поверхневої плівки рідини, називаються силами поверхневого натягу.

Сила поверхневого натягу рідини пропорційна довжині лінії, яка обмежує поверхню:

Fп = s l.

Тут: Fп – сила поверхневого натягу, яка діє вздовж поверхні рідини по дотичній до неї і перпендикулярна до лінії, яка обмежує цю поверхню

         l – довжина лінії , що обмежує поверхню рідини.

          s - коефіцієнт поверхневого натягу.

Коефіцієнт поверхневого натягу s чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, яка діє на одиницю довжини лінії контуру. Він вимірюється в Н/м. Якщо коефіцієнт поверхневого натягу визначати через роботу або енергію, то:

s =  або s = , тому що А = DWn. При такому визначенні  [s]= Дж/м2.

Коефіцієнт поверхневого натягу рідини s залежить від природи рідини, температури і наявності в рідині поверхнево-активних речовин (сіль, мило і таке інше). Наводимо значення s для деяких рідин:

Вода – 0,072 Н/м.

Жовч – 0,048 Н/м.

Сеча – 0,066 Н/м.

Спирт – 0,022 Н/м.

Коефіцієнт поверхневого натягу s біологічних рідин служить діагностичним показником. Наприклад, при появі в сечі жовчних кислот при захворюванні жовтухою s сечі різко зменшується.

Явище змочування і незмочування рідиною твердого тіла є наслідком поверхневого натягу рідини.

Якщо сили притягання між молекулами рідини менші, ніж між молекулами рідини і твердого тіла, то рідина змочує тверде тіло. Наприклад, спирт, сеча, вода змочують скло і не змочують жирові плівки.

1 2 3

Похожие работы