tensiune superficială

suprafață coeficient de tensiune.

Suprafața lichidului în contact cu un alt mediu, de exemplu, cu forțe proprii, cu orice alt lichid sau solid (în special cu pereții vasului în care este conținut), sunt în condițiile speciale în comparație cu restul masei lichide.

Există aceste condiții speciale, deoarece moleculele stratului limită de lichid, în contrast cu moleculele în profunzimea ei, înconjurat de molecule de același lichid nu este pe toate părțile. Partea „vecini“ molecule de suprafață - particule ale acestui al doilea mediu, care se învecinează cu lichidul. Ea, acest mediu poate fi diferit de fluid ca natura și densitatea particulelor. Cu diferite vecini, moleculele stratul de suprafață și să interacționeze cu ei în diverse moduri. Prin urmare, forțele care acționează pe fiecare moleculă din acest strat sunt neechilibrate: există o forță rezultantă îndreptată fie spre volumul de fluid, sau latura de volum se invecineaza cu mediul ei. Datorită acestei mișcări de molecule din stratul de suprafață în interiorul lichidului sau în mediu, din care se învecinează, însoțită de executarea de lucrări (într-o moleculă de lichid din toate părțile, înconjurat de exact aceleași particule sunt în echilibru, iar mișcarea lor urmărește cheltuielile de magnitudine de muncă și de semn această operațiune depinde de raportul dintre forțele de interacțiune între moleculele stratului de suprafață cu „lor“ și moleculele cu moleculele de al doilea mediu.

Dacă lichidul se învecinează cu propriul său abur (saturat), t. E. În cazul în care avem de-a face cu o singură chestiune, forța experimentată de moleculele stratului de suprafață, este îndreptată în lichid. Acest lucru se datorează faptului că densitatea moleculelor în lichid este mult mai mare decât vaporilor saturați de deasupra „lichid (departe de temperatura critică) și, prin urmare, forța de atracție experimentat de o moleculă a stratului de suprafață din moleculele de lichid, mai mult de molecule de vapori.

Acest lucru implică faptul că, atunci când se deplasează din stratul de suprafață în moleculă lichidă își desfășoară activitatea. In schimb, transferul de molecule ale volumului de lichid la suprafață, urmată de o lucrare negativă, adică. E. muncă externă necesită costuri.

Imaginați-vă că pentru un motiv sau o altă suprafață a creșterilor lichide (extinde). Aceasta înseamnă că o anumită cantitate de molecule este transferată din volumul de lichid în stratul de suprafață. Pentru aceasta, așa cum tocmai am văzut, este necesar să-și petreacă activitatea externă. Cu alte cuvinte, creșterea suprafeței lichidului însoțită de lucru negativ. Pe de altă parte, o operațiune pozitivă se realizează la suprafața de reducere.

Dacă la o temperatură constantă de o modificare reversibilă a Ds infinitezimal suprafață lichidă, este necesar ca această lucrare

Semnul minus indică faptul că creșterea suprafeței (dS> 0) urmat de un lucru mecanic negativ.

Este o cantitate fundamentală ce caracterizează proprietățile suprafeței lichidului conductiv și se numește coeficientul de tensiune superficială (

> 0). În consecință, tensiunea de suprafață este măsurată prin activitatea necesară pentru a mări aria suprafeței lichidului, la o unitate de temperatură constantă.

Evident, în sistemul SI

.

Din cele de mai sus, este clar că moleculele stratului lichid de suprafață au o comparație redundant cu moleculele din volumul de lichid, energia potențială. Noi Denotă

. Această energie este, ca întotdeauna, este măsurată prin muncă, ceea ce poate face suprafața moleculei, se deplasează într-un fluid sub influența forțelor de atracție de moleculele din lichid.

își are originea prezența suprafeței lichidului, acesta trebuie să fie proporțională cu suprafața S a suprafeței lichidului:

Un dispozitiv simplu pentru măsurătorile brute de acest tip este prezentată în Fig. 7. Omit în apă sârmă de cupru, îndoită așa cum se arată în figură, sensibil-cârlig de sârmă standul cu arc și va fi foarte lent, ridica-l fără zdruncinător. Display dinamometru va crește treptat și să ajungă la o valoare maximă atunci când apa se pare de film de apă, atarnand pe sârmă. Numărarea citirile dinamometrului și ținând seama de greutatea firului, vom găsi forța care se întinde filmul. Când lungimea firului este de 5 cm, această forță este de aproximativ 0,0070 H; aici

Pentru a reduce efectul de impurități este necesară chiar înainte de experiența de a gestiona cadrul cu alcool. mare influență asupra rezultatelor are, de asemenea, măsura în care dinamometru se ridică în mod uniform. Această uniformitate este realizată în mod tipic în care dinamometrul relantiu iar nivelul lichidului scade treptat. Au efectuat o serie de experimente cu rame de sârmă de diferite lungimi.

Această metodă este similară cu metoda din sârmă-frame numai diferență este că în locul cadrului, se folosește inelul metalic Fig.8. În acest caz, lungimea filmului este definită ca suma lungimilor circumferințele interioare și exterioare ale inelului.

Metode Mai mult elementare pentru determinarea tensiunii superficiale a lichidelor, care au fost prezentate mai sus, există multe alte metode, mai precise. dintre care unele sunt descrise mai jos.

Metoda undelor capilare.

- valuri capilarelor este un alt nume cunoscut tuturor fenomenelor de „valuri“ de pe suprafața lichidului. Aceste valuri sunt formate sub influența perturbațiilor mici și aspectul lor este legată de forțele de tensiune de suprafață. Mecanismul de formare a undelor capilare, în general, după cum urmează. Sub influența anumitor suprafețe influențe externe a lichidului în locul „presat“, devenind concavă (figura 9 a), presiunea asupra straturilor de lichid sub această suprafață concavă devine mai mică (suma

) Decât presiunea din straturile adiacente, în care suprafața rămâne plană. Diferența de presiune rezultată determină astfel ca lichidul sa creasca din straturi învecinate cu o suprafață concavă, iar lichidul se ridică din nou la nivelul inițial, dar trece prin inerție datorită energiei cinetice acumulate. De aceea, suprafața devine convexă și presiunea cauzată de curbura suprafeței sale va fi îndreptată în jos (Fig. 9b).

Este clar că acest tip de oscilații de lichid într-un singur loc și să facă un punct adiacent să comită aceleași fluctuații. Acest lucru înseamnă - că fenomenul are un caracter val. valuri de amplitudine mică diferă capilarelor și lungimea de undă scurtă. Din cauza micimea amplitudinii poate neglija influența gravitației, care poate provoca același efect (gravitatea și originea obligat valuri abrupte ale mării). Valuri numai în acele cazuri și numite capilare, atunci când, în formarea lor implică doar forțele de tensiune superficială, și ele sunt formate de o curbură mare pe creasta și jgheabul valului.

Calculul arată că parametrii de undă capilare legate de coeficientul de tensiune superficială a următoarei ecuații:

în cazul în care oscilații de frecvență n- în val,

-densitatea lichidului. Formula (6) și pot fi utilizate pentru determinarea coeficientului de tensiune superficială a lichidului, densitatea care este cunoscută. Pentru aceasta este necesar să se măsoare frecvența de oscilație și lungimea de undă. De obicei, viteza de propagare a undei este măsurată, cu care frecvența de oscilație este legată de expresia simplă.

picătură și metoda cu bule.

Această metodă se bazează pe observarea de picături mari de lichid pe o suprafață plană și bula de aer (prea mare), în același lichid.

Să presupunem că pe un plan orizontal (fig. 10) este format dintr-o picătură mare de lichid de testare, este atât de mare încât suprafața sa pretutindeni, cu excepția la margini, plate, și să

unghiul de contact al picăturilor la frontieră. Condiția picături de echilibru este egalitatea valorilor absolute ale forțelor care încearcă să-l transforme într-un film subțire, și forțele care doresc să-i dea o formă sferică. picătură Stretch într-un film subțire tinde, în primul rând, gravitatea și, în al doilea rând, tensiunea superficială la interfața dintre lichid și substratul solid. formă sferică ca o picătură tinde să dea tensiunea superficială pe suprafața lichidului.

Luați în considerare o secțiune verticală picături, perpendicular pe planul desenului și selectați secțiunea platformei înălțimea h (picătură înălțime) și o lungime de 1 cm. Datorită forței presiunii hidrostatice gravitației acționează asupra acestei secțiuni. Valoarea sa medie este

- densitatea fluidului și g - accelerația gravitațională. Tăria f. cauzate de acestea este

(Zona tampon este dedicată h!). Direcția acestei forțe este prezentată în Fig. 10, o.

Orizontală component f „a tensiunii superficiale la lichid și substratul pe unitatea de lungime este egală cu

. Acesta are ca scop ca și forța f. și cu ea caută să transforme picătură într-un film. Aceste două forțe opuse forța tensiunii superficiale pe suprafața lichidului f“, îndreptate împotriva lor și egale

(Unitate de lungime Per). Astfel, o scădere a stării de echilibru poate fi scrisă ca