Коефіцієнт поверхневого натягу

Опорний конспект

Рідина – агрегатний стан речовини, який по своїм властивостям займає проміжне положення між газом і твердим тілом. Тобто,

· Молекули у рідині розташовані на відстанях менших, ніж у газах, але більших, ніж у твердих тілах; отже, рідкий стан речовини характеризується щільною упаковкою молекул.

· Порядок у розміщенні частинок рідини зберігається на невеликих відстанях, тобто у рідинах існує ближній порядок у розташуванні молекул. Такий стан рідини називають квазікристалічним;

· Взаємодія між молекулами сильна;

· Молекули здійснюють коливальнийрух, але можуть перескакувати з одного положення рівноваги в інше.

· Рідина зберігає об’єм (бо відстані між молекулами рідини менші радіуса молекулярної взаємодії), але не зберігає форму (набирає форму посудини, в яку вона налита),тобто має властивості текучості;

· Молекули рідини коливаються навколо тимчасового положення рівноваги ≈ 10^-12 – 10^-10 с, названим часом осілого життя молекул;

· На межі з газом або парою рідина утворює вільнуповерхню

Проаналізуємо стан на поверхні рідини:

На молекулу, що знаходиться всередині

рідини, з усіх сторін діють такі ж молекули

F_p # 0 рідини і рівнодійна цих сил дорівнює нулю.

На поверхні поділу рідини і її насичуючої пари виникає сила, зумовлена різною молекулярною взаємодією суміжних середовищ. В результаті рівнодійна всіх сил молекулярної дії напрямлена всередину рідини. Такі сили діють на кожну із молекул, що знаходяться в поверхневому шарі, і прагнуть їх втягнути всередину рідини.

В результаті цього поверхневий шар стає збіднений молекулами, тому він знаходиться у стані своєрідного натягу, який і отримав назву поверхневий натяг.

Сили, які діють у горизонтальній площині, стягуючи поверхню рідини, називаються силами поверхневого натягу.

З енергетичної точки зору: молекули в поверхневому шарі володіють надлишковою потенційною енергією у порівнянні з молекулами всередині рідини. Тому із цього шару прагне піти всередину рідини якомога більше молекул.

В результаті цього рідина завжди приймає таку форму, при якій її вільна поверхня стає найменшою в даних умовах.

А С А С

В D В D

Рис. 2

Поверхневі властивості рідини можна охарактеризувати відношенням роботи А до зміни площі вільної поверхні S.

(1) коефіцієнт поверхневого натягу

[ σ ] =

Коефіцієнт поверхневого натягу

· Фізична величина, яка характеризує поверхневі властивості рідини і вимірюється роботою, яку необхідно здійснити для ізотермічного збільшення площі вільної поверхні рідини на одиницю площі.

Відомо, що здійснена робота є мірою зміни енергії, в даному випадку – поверхневої енергії, тобто

коефіцієнт поверхневого натягу

(2) або

питома поверхнева енергія.

σ залежить від:

· роду рідини;

· температури;

· наявності домішок у рідині.

Енергетична трактова коефіцієнту поверхневого натягу σ дає можливість чітко представити і силову характеристику коефіцієнту поверхневого натягу.

Розглянемо рамку з рухомою перекладиною:

Нехай спочатку перекладина займає положення АВ і під дією сил поверхневого натягу піднімається до положення А₁В₁, здійснюючи переміщення h.

Робота, здійснена силами поверхневого натягу, буде дорівнювати:

З іншого боку, роботу можна визначити через σ:

Тоді

Співмножник 2 з’являється тому, що планку має дві вільні поверхні.

Із двох виразів отримаємо, що

Знайдемо σ:

(3) коефіцієнт поверхневого натягу

Таким чином, можна дати інше визначення коефіцієнту поверхневого натягу.

Коефіцієнт поверхневого натягу

· фізична величина, яка характеризує поверхневі властивості рідини і вимірюється силою поверхневого натягу, яка діє на одиницю довжини межі поверхневого шару рідини.

, бо ()