Карточки для группы 1 по теме Свойства жидкости(1)

Задание 1 группе:

1. Познакомиться со статьей «Поверхностное натяжение».

2. Ответить на вопросы:

-    Какое явление называется поверхностным натяжением?

-    Где можно наблюдать явление поверхностное натяжение?

-    Какими величинами характеризуется поверхностное натяжение?

3. Выполнить эксперимент:

«Изучение формы жидкости в естественных условиях».

Приборы и материалы: алюминиевая, медная, стеклянная, парафиновая пластинки; масло подсолнечное или оливковое; раствор спирта в воде, проволока, шприц или стеклянная трубка.

Ход работы

1. Поместите капли масла и воды на алюминиевую, медную, стеклянную, парафиновую пластинки.

2. Рассмотрите и зарисуйте формы капель.

3. Сделайте вывод о взаимодействии молекул жидкости и твёрдого тела.

4. Результаты занесите в таблицу.

5. Введите с помощью стеклянной трубки или шприца в смесь спирта и воды немного оливкового масла.

6. Рассмотрите поверхность масляной капли.

7. Пропустите через центр масляного шара проволоку и вращайте её.

8. Рассмотрите, как изменяется форма капли.

9. Сделайте вывод о форме поверхности жидкости.

10.Оформите отчет о проделанной работе по образцу:

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное, притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.

При уменьшении температуры газа и увеличении его давления уменьшается скорость молекул и сокращается среднее расстояние между ними. Силы притяжения молекул становятся особенно существенными, когда средняя потенциальная энергия молекул порядка их средней кинетической энергии. Притягиваясь друг к другу, молекулы объединяются в частицы пара, которые образуют жидкость. Если газ занимает весь предоставленный ему объем, то жидкость может занимать лишь определенную часть сосуда.

Молекулы на поверхности жидкости находятся в особых условиях по сравнению с молекулами ее внутренних слоев, внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю.

Если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т. е. увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил ΔA_внеш, пропорциональную изменению ΔS площади поверхности:

Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного натяжения (σ > 0). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.

В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м²).

Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная энергия E_p поверхности жидкости пропорциональна ее площади:

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. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.

Сила поверхностного натяжения- сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.

F_пов=σl, где σ-поверхностное натяжение, характеризующее силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины границы поверхности

Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (т. е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.

Так как всякая система самопроизвольно переходит в состояние, при котором ее потенциальная энергия минимальна, то жидкость должна самопроизвольно переходить в такое состояние, при кото­ром площадь ее свободной поверхности имеет наименьшую величи­ну.

Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания) это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. В случае порошков надёжных методов, дающих высокую степень воспроизводимости, пока (2008) не разработано. Предложен весовой метод определения степени смачивания, но он пока не стандартизован.

Измерение степени смачивания весьма важно во многих отраслях промышленности (лакокрасочная, фармацевтическая, косметическая и т.д.). К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений. Состав и физические свойства покрытия стёкол и контактных линз можно сделать оптимальным по результатам измерения контактного угла.

К примеру, популярный метод увеличения добычи нефти при помощи закачки воды в пласт исходит из того, что вода заполняет поры и выдавливает нефть.