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.

або

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

Він залежить від:

· роду рідини;

· температури (дослід Д.І.Менделєєва, вперше проведений у 1860р.) – з підвищенням температури поверхневий натяг води зменшується.

· наявності домішок у рідині – присутність мила у воді зменшує її поверхневий натяг.

Отже,

- на межі з газом або парою вода утворює вільну поверхню;

- сили поверхневого натягу діють у горизонтальній площині, стягуючи поверхню рідини;

- коефіцієнт поверхневого натягу води залежить від роду рідини, її температури, наявності домішок.

- значення коефіцієнту поверхневого натягу для різних рідин можна знайти у таблиці XI збірника задач з фізики.

Контрольні запитання

1. Які властивості має поверхневий шар рідини?

2. Що називають поверхневим натягом?

3. Наведіть приклади дії сил поверхневого натягу.

4. Що називають коефіцієнтом поверхневого натягу? Від чого він залежить? У яких одиницях виміряється коефіцієнт поверхневого натягу в СІ?

5. Що являє собою сила поверхневого натягу? Яка формула виражає зміст цього поняття?

6. Як зміниться сила поверхневого натягу води у разі розчинення в ній мила?

Задачі для самостійного опрацювання.

1. Рамка, що охоплює поверхню площею 40 см², затягнута мильною плівкою. На скільки зменшиться питома поверхнева енергії плівки при скорочення її площі у два рази? Температура незмінна.

2. Підрахувати поверхневу потенційну енергію плівки мильної бульбашки, діаметр якої 50 мм.

Тема 2. Змочування. Капілярні явища.

1. Прочитати теоретичний матеріал, який наведено нижче.

2. Законспектувати матеріал в робочому зошиті.

3. Відповісти письмово на контрольні питання, що наведені нижче, у робочому зошиті. Готуватися відповідати на дані запитання в усній формі.

4. Розв’язати задачі для самостійного опрацювання у робочому зошиті.

Теоретичний матеріал

Поблизу межі між рідиною, твердим тілом і газом форма вільної поверхні рідини залежить від сил взаємодії молекул рідини з молекулами твердого тіла (взаємодією з молекулами газу (або пара) можна нехтувати). Якщо ці сили більше сил взаємодії між молекулами самої рідини, то рідину змочуєповерхню твердого тіла. В цьому випадку рідина підходить до поверхні твердого тіла під деяким гострим кутом θ, характерним для даної пари рідина – тверде тіло. Кут і називається крайовим кутом. Якщо сили взаємодії між молекулами рідини перевершують сили їх взаємодії з молекулами твердого тіла, то крайовий кут і виявляється тупим (мал. 3.5.5). В цьому випадку говорять, що рідину не змочуєповерхню твердого тіла. При повному змочуванніθ = 0, при повному незмочуванніθ = 180°.

Малюнок 3.5.5.

Краєві кути змочуючої (1) і незмочуючої (2) рідин.

Капілярними явищами називають підйом або опускання рідини в трубках малого діаметру – капілярах. Змочуючі рідини піднімаються по капілярах, що не змочують – опускаються.

На мал. 3.5.6 зображена капілярна трубка деякого радіусу r, опущена нижнім кінцем в змочуючу рідину щільності ρ. Верхній кінець капіляра відкритий. Підйом рідини в капілярі продовжується до тих пір, поки сила тяжіння , діюча на стовп рідини в капілярі, не стане дорівнювати за модулем результуючій F_нсил поверхневого натягнення, що діють уздовж межі зіткнення рідини з поверхнею капіляра: F_т = F_н, где F_т = mg = ρhπr²g, F_н = σ2πr cos θ.

Звідси слідує:

Малюнок 3.5.6.

Підйом змочуючої рідини в капілярі.

При повному змочуванні θ = 0, cos θ = 1. В цьому випадку

При повному незмочуванні θ = 180°, cos θ = 1 і, отже, h < 0. Рівень незмочуючої рідини в капілярі опускається нижче за рівень рідини в судині, в яку опущений капіляр.

Вода практично повністю змочує чисту поверхню скла. Навпаки, ртуть повністю не змочує скляну поверхню. Тому рівень ртуті в скляному капілярі опускається нижче за рівень в судині.

Роль капілярності у побуті, природі, техніці:

1) надходження поживних речовин з ґрунту в рослини;

2) підняття вологи з глибоких шарів ґрунту;

3) тканини рослин пронизані капілярними каналами, якими розчини солей від коренів поширюються по всій рослині;

4) процес кровообігу у людини (кровоносні судини - капіляри);

5) підняття вологи капілярними порами будівельних матеріалів (напр., цегла і бетон мають широко розгалужену систему капілярів, якими вода може піднятися на значну висоту, спричиняючи відволожування стін будинку. Для захисту фундаменту і стіни від впливу ґрунтових вод вдаються до гідроізоляції);

6) застосування рушників, салфеток, гігроскопічної вати, марлі, промокального паперу тощо можливе завдяки наявності в них капілярів.

Контрольні запитання.

1. Якої форми набувають краплі рідини в умовах невагомості? Чому?

2. Чому жирові плями на одязі не вдається змити водою?

3. Обґрунтуйте, у якому випадку рідина в капілярі піднімається, а в якому опускається.

4. Чому фундамент цегляних будинків покривають гарячим бітумом чи обкладають толем?

5. Наведіть приклади врахування і використання капілярних систем у повсякденному житті.