Презентация по физике на тему: "Жидкое состояние вещества. Свойства поверхности жидкости" (10 класс)

Жидкое состояние вещества. Свойства поверхности жидкости. 10 класс.

Жидкость ­ это агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкостям присущи некоторые черты твердого вещества (сохраняет свой объем, образует поверхность, обладает определенной прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в котором находится).

План урока:   Свойства поверхности жидкости.                Свойства поверхности мыльных плёнок.    Явление смачивания и несмачивания.         Капиллярные явления.                                 

Из­ за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком.

Рассмотрим отличие газообразного вещества от жидкости на примере воды. Молекула воды Н2О состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных под углом 104º. Среднее расстояние между молекулами пара в десятки раз превышает среднее расстояние между молекулами воды.

Жидкости, как и твёрдые тела, изменяют свой объём при изменении температуры. Для не очень больших интервалов температур относительное изменение объёма ΔV/V0 пропорционально изменению температуры ΔΤ: ΔV/V0=βΔΤ. температурным коэффициентом объёмного расширения. Этот коэффициент у жидкостей в десятки раз больше, чем у твёрдых тел. У воды, например, при температуре 20ºС      β≈ β≈ 2∙10­4 К, у стали     3,6∙10­5К, у кварцевого стекла

Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости. В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости.  Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре . В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1Н/м=1Дж/м²). Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией.

Силы, действующие по касательной  к поверхности жидкости,  сокращающие (стягивающие) эту поверхность называются силами поверхностного натяжения. Силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы Fвнеш  и результирующей с поверхностного натяжения Fн.

Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность плёнки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу Fвнеш  =­Fн.               Если под действием силы Fвнеш перекладина переместится на Δ , то будет произведена работа   ΔАвнеш= FвнешΔΧ =ΔЕр =   ΔS σ , где   ΔS= 2LΔX­приращение площади поверхности обеих сторон мыльной плёнки. Так как модули сил Fвнеш и Fн  одинаковы, можно записать: Χ FнΔX= 2LΔ  или  =F σ н/2L   σ Χ

Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определён как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность. Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление Δр. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе 2ΠR разреза, и сил избыточного давления, действующих на площадь 2ПR сечения. Условие равновесия записывается в виде:

Избыточное давление мыльного пузыря в два раза больше, так как плёнка имеет две поверхности: Δр=4 /Rσ  (капля жидкости). Сечение сферической капли жидкости.

Вблизи границы между жидкостью, твёрдым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела. Если эти силы больше сил взаомодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твёрдого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твёрдого тела под некоторым острым углом

Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулаами твёрдого тела, то краевой угол θ оказывается тупым. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твёрдого тела. При полном смачивании   Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкости.

Смачивающие жидкости поднимаются по капилярам, несмачивающие­ опускаются. Подъём жидкости в капиляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести Fт, действующая на столб жидкости в капиляре, не станет равной по модулю результирующей Fн сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: Fт=Fн, где   Fт=mg= h r2g Капилярными явлениями называют подъём или опускание жидкости в трубках малого диаметра­ капиллярах. Капилярные явления.

На рисунке изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности  При полном смачивании  =0, cos =1. В этом случае:  h=2 / gr. σ ρ При полном несмачивании   =180º,  cos  =­1  и, следовательно, h< 0.  θ θ

Домашнее задание: По желанию: подготовить сообщение на тему „Жидкие кристаллы“ Записи в тетрадях.