Повеќето карактеристично својствоОна што ја разликува течноста од гасот е тоа што на границата со гасот, течноста формира слободна површина, чие присуство доведува до појава на посебен вид на појави наречени површина. Својот изглед го должат на посебните физички услови во кои молекулите се наоѓаат во близина на слободната површина.

Секоја молекула на течност е подложна на привлечни сили од молекулите што ја опкружуваат, лоцирани од него на растојание од околу 10 -9 m (радиус на молекуларно дејство). По молекула М 1 сместен во течноста (слика 1), силите од истите молекули дејствуваат, а резултатот од овие сили е блиску до нула.

За молекулите М 2 резултантни сили се ненула и насочени во течноста, нормално на нејзината површина. Така, сите течни молекули лоцирани во површинскиот слој се вовлекуваат во течноста. Но, просторот внатре во течноста е окупиран од други молекули, па површинскиот слој создава притисок врз течноста (молекуларен притисок).

За движење на молекула М 3, кој се наоѓа директно под површинскиот слој, на површината, неопходно е да се работи против силите на молекуларниот притисок. Следствено, молекулите во површинскиот слој на течноста имаат дополнителна потенцијална енергија во споредба со молекулите во течноста. Оваа енергија се нарекува површинска енергија.

Очигледно, колку е поголема површината на слободната површина, толку е поголема површинската енергија. Нека се промени површината на слободната површина за Δ С, додека површинската енергија се промени во \(~\Delta W_p = \sigma \cdot \Delta S\), каде σ е коефициентот на површинскиот напон. Бидејќи за оваа промена е потребно да се работи

\(~A = \Delta W_p,\) потоа \(~A = \sigma \cdot \Delta S.\)

Оттука \(~\sigma = \dfrac(A)(\Delta S)\) .

Единицата за површински напон SI е џул по квадратен метар(J/m2).

- вредност нумерички еднаква на работата што ја вршат молекуларните сили кога слободната површина на течноста се менува за 1 m 2 при константна температура.

Бидејќи секој систем, оставен сам на себе, има тенденција да заземе позиција во која неговата потенцијална енергија е најниска, течноста има тенденција да ја контрахира слободната површина. Површинскиот слој на течност се однесува како истегнат гумен филм, т.е. постојано се стреми да ја намали својата површина до минималната можна големина за даден волумен.

На пример, капка течност во состојба на бестежинска состојба има сферична форма.

Површински напон

Својството на течната површина да се собира може да се толкува како постоење на сили кои тежнеат да ја згрчат оваа површина. Молекула М 1 (слика 2), кој се наоѓа на површината на течноста, комуницира не само со молекулите лоцирани во течноста, туку и со молекулите лоцирани на површината на течноста, лоцирани во сферата на молекуларното дејство. За молекула М 1 резултатот \(~\vec R\) на молекуларните сили насочени по слободната површина на течноста е еднаков на нула, а за молекула М 2 се наоѓа на границата на површината на течноста, \(~\vec R\ne 0\) и \(~\vec R\) насочен нормално на границите на слободната површина и тангентен на површината на самата течност.

Резултатот на силите што делуваат на сите молекули лоцирани на границата на слободната површина е силата површински напон. Во принцип, делува на таков начин што има тенденција да ја намали површината на течноста.

Може да се претпостави дека силата на површинскиот напон \(~\vec F\) е директно пропорционална на должината лграниците на површинскиот слој на течноста, бидејќи во сите области на површинскиот слој на течноста молекулите се под исти услови:

\(~F \sim l .\)

Навистина, да разгледаме вертикална правоаголна рамка (слика 3, а, б), чија подвижна страна е избалансирана. По отстранувањето на рамката од растворот на сапунскиот филм, подвижниот дел се поместува од положбата 1 да се позиционира 2 . Имајќи предвид дека филмот е тенок слој течност и има две слободни површини, ќе ја откриеме завршената работа при поместување на попречната шипка на растојание ч = а 1 ⋅ а 2: А = 2F⋅h, Каде Ф- силата што делува на рамката од секој површински слој. Од друга страна, \(~A = \sigma \cdot \Delta S = \sigma \cdot 2l \cdot h\).

Затоа, \(~2F \cdot h = \sigma \cdot 2l \cdot h \Десна стрелка F = \sigma \cdot l\), од каде \(~\sigma = \dfrac Fl\).

Според оваа формула, SI единицата за површински напон е њутн на метар (N/m).

Коефициент на површинска напнатостσ нумерички еднакво на силаповршинскиот напон кој делува по единица должина на границата на слободната површина на течноста. Коефициентот на површинскиот напон зависи од природата на течноста, температурата и присуството на нечистотии. Се намалува како што се зголемува температурата.

  • На критичната температура, кога ќе исчезне разликата помеѓу течноста и пареата, σ = 0.

Нечистотиите генерално го намалуваат (некои го зголемуваат) коефициентот на површинскиот напон.

Така, површинскиот слој на течноста е како еластичен испружен филм кој ја покрива целата течност и има тенденција да ја собере во една „капка“. Овој модел (еластичен истегнат филм) овозможува да се одреди правецот на силите на површинскиот напон. На пример, ако филмот е изложен на надворешни силисе протега, тогаш силата на површинскиот напон ќе биде насочена по површината на течноста против истегнувањето. Сепак, оваа состојба е значително различна од напнатоста на еластичниот гумен филм. Еластичниот филм се протега поради зголемување на растојанието помеѓу честичките, а силата на затегнување се зголемува; кога се протега течниот филм, растојанието помеѓу честичките не се менува, а зголемувањето на површината се постигнува како резултат на преминот на молекулите од дебелината на течноста до површинскиот слој. Затоа, како што се зголемува површината на течноста, силата на површинскиот напон не се менува (не зависи од површината).

исто така види

  1. Кикоин А.К. На силите на површинскиот напон // Квантна. - 1983. - бр. 12. - стр. 27-28

Мокрење

Во случај на контакт со цврсто тело, силите на адхезија помеѓу течните молекули и цврстите молекули почнуваат да играат значајна улога. Однесувањето на течноста ќе зависи од тоа која е поголема: кохезијата помеѓу молекулите на течноста или кохезијата на молекулите на течноста со молекулите на цврстото.

Мокрење- појава која се јавува поради интеракцијата на течните молекули со цврстите молекули. Ако силите на привлекување помеѓу молекулите на течноста и цврстото тело се поголеми од силите на привлекување помеѓу молекулите на течноста, тогаш течноста се нарекува мокрење; ако силите на привлекување помеѓу течноста и цврстото тело се помали од силите на привлекување помеѓу молекулите на течноста, тогаш течноста се нарекува немокрењеова е телото.

Истата течност може да биде влажна и немокрева во однос на различни тела. Така, водата го навлажнува стаклото и не ја навлажнува мрсната површина; живата не го навлажнува стаклото, туку навлажнува бакар.

Мокрењето или немокрењето со течност на ѕидовите на садот во кој се наоѓа влијае на обликот на слободната површина на течноста во садот. Ако голем број натечноста се истура во сад, обликот на неговата површина се одредува со гравитација, што обезбедува рамна и хоризонтална површина. Но, кај самите ѕидови феноменот на мокрење и немокрење доведува до искривување на течната површина, т.н. ефекти на рабовите.

Квантитативна карактеристика на рабните ефекти е агол на контактθ е аголот помеѓу рамнината тангента на површината на течноста и површината на цврстото тело. Во контактниот агол секогаш има течност (слика 4, а, б). Кога ќе се намокри, ќе биде остра (слика 4, а), а кога не е навлажнета, ќе биде тапа (слика 4, б). ВО училишен курсфизичарите сметаат само целосно навлажнување (θ = 0º) или целосно немокрење (θ = 180º).

Силите поврзани со присуството на површински напон и насочени тангенцијално на површината на течноста, во случај на конвексна површина, даваат резултатска сила насочена во течноста (сл. 5, а). Во случај на конкавна површина, добиената сила е насочена, напротив, кон гасот што се граничи со течноста (слика 5, б).

Ако течноста за мокрење е на отворена површина на цврсто тело (слика 6, а), тогаш таа се шири преку оваа површина. Ако на отворената површина на цврсто тело има течност што не се навлажнува, тогаш таа добива форма блиску до сферична (сл. 6, б).

Мокрењето е важно и во секојдневниот живот и во индустријата. Неопходно е добро навлажнување при боење, перење, обработка на фотографски материјали, нанесување на премази со боја и лакови, лепење материјали, лемење и во процесите на флотација (збогатување на рудите со вредна карпа). Спротивно на тоа, при изградба на уреди за хидроизолација потребни се материјали кои не се навлажнуваат со вода.

Капиларни феномени

Искривувањето на течната површина на рабовите на садот е особено јасно видливо во тесни цевки, каде што целата слободна површина на течноста е закривена. Во цевки со тесен пресек, оваа површина е дел од сфера, се нарекува менискус. Течноста за мокрење формира конкавен менискус (сл. 7, а), додека течноста што не се навлажнува формира конвексен менискус (сл. 7, б). Бидејќи површината на менискусот е поголема од површината пресекцевка, а потоа под дејство на молекуларни сили кривата површина на течноста има тенденција да се исправи.

Силите на површинската напнатост создаваат дополнителни (лапласки)притисок под закривена течна површина.

Ако површината на течноста конкавна, тогаш силата на површинскиот напон е насочена надвор од течноста (сл. 8, а), а притисокот под конкавната површина на течноста е помал отколку под рамната површина за \(~p = \dfrac(2 \sigma ) (Р)\). Ако површината на течноста конвексни, тогаш силата на површинскиот напон е насочена внатре во течноста (слика 8, б), а притисокот под конвексната површина на течноста е поголем отколку под рамната површина за иста количина.

Ориз. 8
  • Оваа формула е посебен случај на формулата на Лаплас, која го одредува вишокот притисок за произволна течна површина со двојна кривина:
\(~p = \sigma \cdot \left(\dfrac(1)(R_1) + \dfrac(1)(R_2) \десно),\)

Каде Р 1 и Р 2 - радиуси на искривување на кои било два меѓусебно нормални нормални пресеци на површината на течноста. Радиусот на закривеност е позитивен ако центарот на кривината на соодветниот дел е внатре во течноста, а негативен ако центарот на закривеност е надвор од течноста. За цилиндрична површина ( Р 1 = л; Р 2 = ∞) вишок притисок \(~p = \dfrac(\sigma)(R)\) .

Ако поставите тесна цевка ( капиларна) едниот крај во течност истурена во широк сад, а потоа поради присуството на Лапласовата сила на притисок, течноста во капиларот се крева (ако течноста се навлажнува) или паѓа (ако течноста не се навлажнува) (Сл. 9, а, б), бидејќи под рамната површина на течноста во Не постои вишок притисок во широк сад.

Феноменот на промени во висината на нивото на течноста во капиларите во споредба со нивото на течноста во широките садови се нарекува капиларни појави.

Течноста во капиларот се крева или паѓа на оваа висина ч, при што силата на хидростатичкиот притисок на течната колона се балансира со силата на вишокот притисок, т.е.

\(~\dfrac(2 \sigma)(R) = \rho \cdot g \cdot h .\)

Од каде доаѓа \(~h = \dfrac(2 \sigma)(\rho \cdot g \cdot R)\)? Ако мокрењето не е целосно θ ≠ 0 (θ ≠ 180°), тогаш, како што покажуваат пресметките, \(~h = \dfrac(2 \sigma)(\rho \cdot g \cdot R) \cdot \cos \theta\).

Капиларните феномени се доста чести. Подигнувањето на водата во почвата, системот на крвните садови во белите дробови, кореновиот систем на растенијата, фитилот и бришечката хартија се капиларни системи.

Литература

  1. Аксенович Л.А. Физика во средно школо: Теорија. Задачи. Тестови: Учебник. додаток за установи кои обезбедуваат општо образование. животна средина, образование / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ед. К.С. Фарино. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 178-184.

Површински напон, желбата на супстанцијата (течна или цврста фаза) да го намали својот вишок потенцијална енергија на интерфејсот со друга фаза (површинска енергија). Дефинирано како работа потрошена за создавање единица за површина на интерфејсот (димензија J/m 2). Според друга дефиниција, површински напон- сила по единица должина на контурата што го ограничува фазниот интерфејс (димензија N/m); оваа сила делува тангенцијално на површината и го спречува нејзиното спонтано зголемување.

Површински напон- главната термодинамичка карактеристика на површинскиот слој на течноста на границата со гасната фаза или друга течност. Површински напонна различни течности на границата со сопствената пареа варира во голема мера: од единици за течни гасови со ниско вриење до неколку илјади mN/m за стопени огноотпорни материи. Површински напонзависи од температурата. За многу еднокомпонентни неповрзани течности (вода, стопени соли, течни метали) далеку од критичната температура, линеарната зависност добро се одржува:

каде што s и s 0 се површински напон на температури ТИ Т 0 соодветно, α≈0,1 mN/(m K) - температурен коефициент површински напон. Главниот метод на регулација површински напонсе состои во употреба на сурфактанти (сурфактанти).

Површински напоне вклучен во многу равенки на физиката, физичка и колоидна хемија, електрохемија.

Ги дефинира следните количини:

1. капиларен притисок, каде р 1 и р 2 - главни радиуси на искривување на површината и притисок на заситена пареа рнад закривена течна површина: , каде р- радиус на искривување на површината, Р- гасна константа, Vn- моларен волумен на течност, стр 0 - притисок над рамна површина (законите на Лаплас и Келвин, видете капиларни феномени).

2. Контактен агол θ во контакт на течност со површината на цврсто тело: cos, каде е специфичната слободна површинска енергија на цврстото тело на интерфејсот со гас и течност, - површински напонтечности (Закон на Јанг, види Мокрење).

3. Адсорпција на сурфактант каде μ е хемискиот потенцијал на адсорбираната супстанција (равенка на Гибс, види Адсорпција). За разредени раствори каде Со- моларна концентрација на сурфактант.

4. Состојба на адсорпциониот слој на сурфактантот на површината на течноста: (стр с + a/A 2)·( А- б)=к Т, каде што стр с=(s 0 -s) - дводимензионален притисок, s 0 и s - соодветно површински напончиста течност и истата течност во присуство на адсорпционен слој, А- константа (аналогно на ван дер Валсовата константа), А- површина на површинскиот слој по адсорбирана молекула, б- површина окупирана од 1 молекула течност, к- Болцманова константа (равенка Фрумкин-Волмер, види Површинска активност).


5. Електрокапиларен ефект: - г s/ г f = r s, каде што r s е густината на површинскиот полнеж, f е потенцијалот на електродата (Липманова равенка, види Електрокапиларни феномени).

6. Работа на формирање на критичното јадро на нова фаза ВЦ. На пример, при хомогена кондензација на пареа при притисок, каде стр 0 - притисок на пареа над рамна течна површина (равенка на Гибс, видете Потекло на нова фаза).

7. Должина l на капиларните бранови на површината на течноста: , каде ρ е густината на течноста, τ е периодот на осцилација, е- забрзување на гравитацијата.

8. Еластичност на течни филмови со слој на сурфактант: модул на еластичност, каде с- филмска површина (равенка на Гибс, видете Тенки филмови).

Површински напонмерено за многу чисти материи и мешавини (раствори, топи) на широк опсег на температури и состави. Затоа што површински напонмногу чувствителен на присуство на нечистотии, мерења користејќи различни методине секогаш даваат исти вредности.

Главните методи на мерење се како што следува:

1. издигнување на влажни течности во капиларите. Висина на кревање, каде - разлика во густината на течниот и поместениот гас, ρ - радиус на капиларот. Точност на определување површински напонсе зголемува со намалување на коефициентот ρ/α (α - капиларна константа на течноста).

2. Мерење на максимален притисок во меур од гас (метод Ребиндер); Пресметката се заснова на Лапласовата равенка. Кога меурот е исцеден во течност преку калибриран капилар со радиус r пред моментот на одвојување, притисокот p m = 2σ/r

3. Начин на мерење капки (сталагмометрија): (равенка Тејт), каде Г- вкупна тежина nкапки одделени под влијание на гравитацијата од сечењето на капиларна цевка со радиус р. За да се подобри точноста, десната страна се множи со фактор на корекција во зависност од r и волуменот на падот.

4. Метод на балансирање на плочи (метод Вилхелми). При потопување чинија со периметар на пресек Лво течноста за мокрење е тежината на плочата, каде Г 0 - тежина на сува плоча.

5. Метод на кинење на прстенот (метод Du Nouy). Да се ​​откине жичен прстен со радиус Рпотребна е сила од површината на течноста

6. Метод на неподвижни падови. Профилот на падот на подлогата што не се навлажнува се одредува од услов збирот на хидростатичките и капиларните притисоци да е константен. Диференцијална равенкапрофилот на капки се решава со нумеричка интеграција (метод Башфорт-Адамс). Со мерење на геометриските параметри на профилот на капка со помош на соодветните табели, пронајдете површински напон.

7. Метод на ротирачки пад. Капка течност со густина r 1 се става во цевка со потешка (густина r 2) течност. Кога цевката се ротира со аголна брзина ω, капката се протега по должината на оската, приближно добивајќи облик на цилиндар со радиус р. Дизајнерска равенка: . Методот се користи за мерење на мали површински напонна интерфејсот на две течности.

Површински напоне одлучувачки фактор за многумина технолошки процеси: флотација, импрегнација на порозни материјали, премачкување, детергентско дејство, металургија на прашок, лемење итн. Голема улога површински напонво процесите што се случуваат во нулта гравитација.

Концепт површински напонпрвпат воведен од J. Segner (1752). Во првата половина на 19 век. врз основа на идејата за површински напонбеше развиен математичка теоријакапиларни феномени (П. Лаплас, С. Поасон, К. Гаус, А.Ју. Давидов). Во втората половина на 19 век. Џ. Гибс ја развил термодинамичката теорија на површинските феномени, во која има одлучувачка улога површински напон. Во 20 век се развиваат методи на регулација површински напонкористење на сурфактанти и електрокапиларни ефекти (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumknn). Меѓу модерните тековни проблеми- развој на молекуларна теорија површински напонразни течности (вклучувајќи стопени метали), ефектот на искривување на површината на површински напон.

Главен дел.

За да се разберат основните својства и моделите на течната состојба на супстанцијата, неопходно е да се земат предвид следниве аспекти:

Структура на течноста. Движење на течни молекули.

Течноста е нешто што може да тече.

Во распоредот на течните честички се забележува таканаречениот ред со краток дострел. Ова значи дека во однос на која било честичка, локацијата на нејзините најблиски соседи е наредена.

Меѓутоа, како што се оддалечувате од дадена честичка, распоредот на другите честички во однос на неа станува сè помалку подреден и доста брзо редоследот во распоредот на честичките целосно исчезнува.

Течните молекули се движат многу послободно од цврстите молекули, иако не толку слободно како молекулите на гасот.

Секоја молекула на течност се движи овде-онде некое време, без да се оддалечи, сепак, од своите соседи. Но, одвреме-навреме, течна молекула избива од својата средина и се преместува на друго место, завршувајќи во нова средина, каде повторно извесно време врши движења слични на вибрациите. Значајни достигнувања во развојот на голем број проблеми во теоријата на течната состојба му припаѓаат на советскиот научник Ya.I. Frenkel.

Според Френкел, термичкото движење во течностите го има следниот карактер. Секоја молекула некое време осцилира околу одредена рамнотежна положба. Одвреме-навреме, молекулата го менува своето место на рамнотежа, нагло движејќи се во нова положба, одвоена од претходната со растојание од редот на големината на самите молекули. Односно, молекулите се движат само бавно внатре во течноста, останувајќи дел од времето во близина на одредени места.Така, движењето на течните молекули е нешто како мешавина од движења во цврста и во гас: осцилаторното движење на едно место се заменува со слободен премин од едно на друго место.

Притисокот на течноста

Секојдневното искуство нè учи дека течностите дејствуваат со познати сили на површината на цврстите тела во контакт со нив. Овие сили се нарекуваат сили на притисок на течноста.



Кога го покриваме отворот на отворена чешма со прст, го чувствуваме притисокот на течноста на прстот. Болката во увото што ја доживува пливач кој нурнал до големи длабочини е предизвикана од силите на притисокот на водата врз тапанчето. Термометрите за мерење на температурата во длабокото море мора да бидат многу издржливи, така што притисокот на водата не може да ги здроби.

Притисокот во течност е предизвикан од промена на нејзиниот волумен - компресија. Течностите се еластични во однос на промените во волуменот. Еластичните сили во течност се сили на притисок. Така, ако течноста дејствува со сили на притисок врз телата кои се во контакт со неа, тоа значи дека е компресирана. Бидејќи густината на супстанцијата се зголемува за време на компресија, можеме да кажеме дека течностите имаат еластичност во однос на промените во густината.

Притисокот во течноста е нормален на која било површина поставена во течноста. Притисокот во течноста на длабочина h е еднаков на збирот на притисокот на површината и вредност пропорционална на длабочината:

Поради фактот што течностите можат да пренесуваат статички притисок, речиси не помал од нивната густина, тие можат да се користат во уреди кои обезбедуваат предност во силата: хидраулична преса.

Законот на Архимед

Силите на притисок делуваат на површината на цврсто тело потопено во течност. Бидејќи притисокот се зголемува со длабочината на потопување, силите на притисок кои дејствуваат на долниот дел од течноста и насочени нагоре се поголеми од силите што дејствуваат на горниот дел и насочени надолу, и можеме да очекуваме дека резултатот од силите на притисокот ќе биде насочен нагоре. Резултатот од силите на притисок врз телото потопено во течност се нарекува потпорна сила на течноста.

Ако телото потопено во течност се остави само на себе, тоа ќе потоне, ќе остане во рамнотежа или ќе лебди на површината на течноста, во зависност од тоа дали потпорната сила е помала, еднаква или поголема од силата на гравитацијата делува на телото.

Законот на Архимед вели дека телото во течност е подложено на нагорна пловна сила еднаква на тежината на поместената течност. Телото потопено во течност е подложно на пловна сила (наречена сила на Архимед)

каде ρ е густината на течноста (гас), е забрзувањето на слободниот пад и В- волуменот на потопеното тело (или делот од волуменот на телото сместен под површината).

Ако телото потопено во течност е суспендирано од вага, тогаш вагата ја покажува разликата помеѓу тежината на телото во воздухот и тежината на поместената течност. Затоа, Архимедовиот закон понекогаш ја добива следнава формулација: тело потопено во течност губи во својата тежина колку и тежината на течноста поместена од него.

Интересно е да се забележи таков експериментален факт дека, бидејќи се наоѓа во друга течност со поголема специфична тежина, течноста, според законот на Архимед, ја „губи“ својата тежина и ја добива својата природна, сферична форма.

Испарување

Во површинскиот слој и во близина на површината на течноста дејствуваат сили кои обезбедуваат постоење на површината и не дозволуваат молекулите да го напуштат волуменот на течноста. Поради термичкото движење, некои од молекулите имаат доволно големи брзини за да ги надминат силите што ги држат молекулите во течноста и да ја напуштат течноста. Овој феномен се нарекува испарување. Се забележува на која било температура, но нејзиниот интензитет се зголемува со зголемување на температурата.

Ако молекулите што ја напуштиле течноста се отстранат од просторот во близина на површината на течноста, тогаш на крајот целата течност ќе испари. Ако молекулите што ја напуштиле течноста не се отстранат, тие формираат пареа. Молекулите на пареа кои влегуваат во областа во близина на површината на течноста се вовлекуваат во течноста со атрактивни сили. Овој процес се нарекува кондензација.

Така, ако молекулите не се отстранат, стапката на испарување се намалува со текот на времето. Со понатамошно зголемување на густината на пареата, се доаѓа до ситуација кога бројот на молекули кои ја напуштаат течноста во одредено време ќе биде еднаков на бројот на молекули кои се враќаат во течноста во исто време. Настанува состојба на динамичка рамнотежа. Пареата во состојба на динамичка рамнотежа со течност се нарекува заситена.

Со зголемување на температурата, густината и притисокот на заситената пареа се зголемуваат. Колку е повисока температурата, толку поголем бројтечните молекули имаат доволно енергија за испарување, и колку е поголема густината на пареата, така што кондензацијата може да биде еднаква на испарувањето.

Врие

Кога при загревање на течноста се достигне температура на која притисокот на заситената пареа е еднаков на надворешниот притисок, се воспоставува рамнотежа помеѓу течноста и нејзината заситена пареа. Кога дополнително количество топлина се пренесува на течноста, соодветната маса на течност веднаш се трансформира во пареа. Овој процес се нарекува вриење.

Вриењето е интензивно испарување на течноста, кое се случува не само од површината, туку и низ целиот нејзин волумен, внатре во добиените меурчиња од пареа. За да се сменат од течност во пареа, молекулите мора да ја стекнат потребната енергија за да ги надминат привлечните сили што ги држат во течноста. На пример, за испарување на 1 g вода на температура од 100 ° C и притисок што одговара на атмосферскиот притисок на ниво на морето, потребно е да се потрошат 2258 J, од кои 1880 се користат за одвојување на молекулите од течноста, а остатокот се користат за зголемување на волуменот окупиран од системот, против силите на атмосферскиот притисок (1 g водена пареа на 100 ° C и нормален притисок зафаќа волумен од 1,673 cm 3, додека 1 g вода под исти услови - само 1,04 cm 3).

Точката на вриење е температурата при која притисокот на заситената пареа станува еднаков на надворешниот притисок. Како што се зголемува притисокот, точката на вриење се зголемува, а како што се намалува притисокот, се намалува.

Поради промената на притисокот во течноста со висината на нејзината колона, се јавува вриење на различни нивоа во течноста, строго кажано, на различни температури. Само заситената пареа над површината на течноста што врие има одредена температура. Неговата температура се одредува само со надворешен притисок. Ова е температурата што се мисли кога зборуваме за точката на вриење.

Точките на вриење на различни течности во голема мера се разликуваат едни од други, а тоа е широко користено во технологијата, на пример, во дестилација на нафтени деривати.

Количеството на топлина што мора да се обезбеди за изотермично да се претвори одредена количина течност во пареа, при надворешен притисок еднаков на притисокот на нејзината заситена пареа, се нарекува латентна топлина на испарување. Оваа вредност обично се нарекува еден грам или еден мол. Количината на топлина потребна за изотермално испарување на мол течност се нарекува моларна латентна топлина на испарување. Ако оваа вредност се подели со молекуларната тежина, се добива специфичната латентна топлина на испарување.

Површински напон на течност

Способноста на течноста да ја намали нејзината површина на минимум се нарекува површинска напнатост. Површинскиот напон е феномен на молекуларен притисок врз течност предизвикан од привлекување на молекулите во површинскиот слој кон молекулите во течноста. На површината на течноста, молекулите искусуваат сили кои не се симетрични. Во просек, молекулата сместена во течност е подложна на сила на привлекување и адхезија од нејзините соседи рамномерно од сите страни. Ако површината на течноста се зголеми, молекулите ќе се движат против силите на задржување. Така, силата која има тенденција да ја собира површината на течноста делува во спротивна насока од надворешната сила што ја истегнува површината. Оваа сила се нарекува површинска напнатост и се пресметува со формулата:

Коефициент на површинска напнатост()

Должина на границата на течната површина

Ве молиме имајте предвид дека течностите кои лесно испаруваат (етер, алкохол) имаат помала површинска напнатост од неиспарливите течности (жива). Површинскиот напон на течниот водород и особено на течниот хелиум е многу низок. Кај течните метали, површинскиот напон, напротив, е многу висок. Разликата во површинскиот напон на течностите се објаснува со разликата во силите на лепење на различните молекули.

Мерењата на површинскиот напон на течноста покажуваат дека површинскиот напон не зависи само од природата на течноста, туку и од нејзината температура: со зголемување на температурата, разликата во густината на течноста се намалува, а со тоа и коефициентот на површинскиот напон - се намалува.

Поради површинскиот напон, секој волумен на течност има тенденција да ја намали неговата површина, со што се намалува потенцијална енергија. Површинскиот напон е една од еластичните сили одговорни за движењето на брановите во водата. Во испакнатините, површинската гравитација и површинскиот напон ги повлекуваат честичките на водата надолу, со тенденција да ја направат површината повторно мазна.

Течни филмови

Секој знае колку е лесно да се добие пена од вода со сапуница. Пена е збир на воздушни меури ограничени со тенок филм на течност. Посебен филм лесно може да се добие од течност што формира пена.

Овие филмови се многу интересни. Тие можат да бидат исклучително тенки: во најтенките делови нивната дебелина не надминува сто илјадити дел од милиметарот. И покрај нивната тенкост, тие понекогаш се многу отпорни. Сапунскиот филм може да се истегне и деформира, а млаз вода може да тече низ сапунскиот филм без да го уништи.

Како можеме да ја објасниме стабилноста на филмовите? Незаменлив услов за формирање на филм е додавање на супстанции што се раствораат во него во чиста течност, згора на тоа, оние кои во голема мера го намалуваат површинскиот напон

Во природата и технологијата обично не сретнуваме поединечни филмови, туку збирка филмови - пена. Често можете да видите во потоци, каде што малите потоци паѓаат во мирна вода, изобилство формирање на пена. Во овој случај, способноста на водата да се пени е поврзана со присуството на специјален органска материја, ослободен од корените на растенијата. Во градежната опрема се користат материјали кои имаат клеточна структура, како што е пената. Таквите материјали се евтини, лесни, не спроведуваат добро топлина и звук и се доста издржливи. За нивно производство, во растворите од кои се формираат градежни материјали се додаваат супстанции кои поттикнуваат пенење.

Мокрење

Малите капки жива поставени на стаклена чинија добиваат сферична форма. Ова е резултат на молекуларните сили кои имаат тенденција да ја намалат површината на течноста. Живата поставена на површината на цврстото тело не секогаш формира тркалезни капки. Се шири преку цинковата плоча, а вкупната површина на капката несомнено ќе се зголеми.

Капка анилин има и сферична форма само кога не го допира ѕидот на стаклениот сад. Штом ќе го допре ѕидот, веднаш се залепи за стаклото, се протега низ него и добива голема вкупна површина.

Ова се објаснува со фактот дека во случај на контакт со цврсто тело, силите на адхезија помеѓу течните молекули и цврстите молекули почнуваат да играат значајна улога. Однесувањето на течноста ќе зависи од тоа која е поголема: кохезијата помеѓу течните молекули или кохезијата на течна молекула со цврста молекула. Во случај на жива и стакло, силите на лепење помеѓу молекулите на живата и стаклото се мали во споредба со силите на лепење помеѓу молекулите на живата, а живата се собира во капка.

Оваа течност се нарекува немокрењесолидна. Во случај на жива и цинк, силите на адхезија помеѓу молекулите на течноста и цврстото ги надминуваат силите на адхезија што дејствуваат помеѓу молекулите на течноста, а течноста се шири преку цврсто тело. Во овој случај течноста се нарекува мокрењесолидна.

Следи дека кога се зборува за површината на течноста, не мора да се мисли само на површината на која течноста се граничи со воздухот, туку и на површината што се граничи со други течности или цврсто тело.

Во зависност од тоа дали течноста ги навлажнува ѕидовите на садот или не, обликот на површината на течноста на местото на допир со цврстиот ѕид и гасот има една или друга форма. Во случај на немокрење, обликот на течната површина на работ е кружен и конвексен. Кога ќе се навлажни, течноста на работ добива конкавна форма.

Капиларни феномени

Во животот честопати се занимаваме со тела во кои продираат многу мали канали (хартија, предиво, кожа, разни Градежни материјали, почва, дрво). Кога таквите тела доаѓаат во контакт со вода или други течности, тие често ги апсорбираат. Ова е основа за дејството на крпата при сушење раце, дејството на фитил во керозинска светилка итн. Слични појави може да се забележат и во тесни стаклени цевки. Тесните цевки се нарекуваат капиларни или влакнести цевки.

Кога таквата цевка е потопена на едниот крај во широк сад во широк сад, се случува следново: ако течноста ги намокри ѕидовите на цевката, тогаш таа ќе се издигне над нивото на течноста во садот и, згора на тоа, повисоко, толку е потесна цевката; ако течноста не ги навлажни ѕидовите, тогаш, напротив, нивото на течноста во цевката е поставено пониско отколку во широк сад. Промената на висината на нивото на течноста во тесни цевки или празнини се нарекува капиларност.ВО во широка смислаПод капиларни појави се подразбираат сите појави предизвикани од постоењето на површински напон.

Висината на порастот на течноста во капиларните цевки зависи од радиусот на каналот во цевката, површинскиот напон и густината на течноста. Помеѓу течноста во капиларот и во широк сад, се воспоставува таква разлика во нивоата h така што хидростатичкиот притисок rgh го балансира капиларниот притисок:

каде што s е површинскиот напон на течноста

R е радиусот на капиларот.

Висината на течноста што се крева во капиларот е пропорционална на неговата површинска напон и обратно пропорционална на радиусот на капиларниот канал и густината на течноста (Јуринов закон)

Мастер класа „Површинска напнатост на водата“.

Наставник по физика МКОУ „СОУ бр.8 на име А.В.Грјазнов“ IMRSC

Цел: прикажете го развојот на креативната активност на учениците при проучување на феноменот на површинска напнатост. Образовни : проучување на феноменот на површинскиот напон.Развојна: развијте способност за набљудување, експериментирање, стекнување знаење, разбирање, оценување и поврзување на вашето гледиште со мислењата на другите, бидете способни да извлекувате заклучоци. Едукација: да се негува чувство за убавина, почит кон природата, способност да се води дијалог, да се слушаат другите и да се брани гледна точка со разум. Методи, техники, методи: -размена на мислења, групна дискусија, дискусија;
-експеримент. Опрема:компјутер и презентација,…….. Јас . Воведво мастер класата, означување на главните цели и задачи:(Слајд 1) Драги колеги. Главната задача на секој наставник денес е да помогне во стекнување солидни знаења, во развивање на способностите на учениците, запознавање со креативна активност, помогнете му на ученикот да се отвори, подобро да го искористи неговото креативен потенцијал. И што е најважно, примени го стекнатото знаење во иднина, да може да се движи модерен свет. Затоа, како епиграф за лекцијата ги земав зборовите на големиот И.В. Гете: „Само знаењето не е сè, знаењето мора да се користи вешто" Во иднина, ученикот ќе мора да реши многу проблеми, често поврзани со техничка странаЗатоа, на училиште, под водство на наставник, неопходно е да се развие активна независна активност, како резултат на што се јавува креативно мајсторство стручно знаење, вештини, способности и развој на мисловните способности. Секој од нас во секојдневниот живот не еднаш се сретнал и се соочил со појави кои од една страна се обични, но во исто време неверојатни од друга страна, без воопшто да размислуваат за тоа колку се прекрасни. физички феномениси имаме работа и не сме ни помислиле како да ги објасниме!.( Слајд 2)

Дури и малите деца знаат многу добро дека велигденските колачи и замоци можат да се градат само од влажен песок. Сувите зрна песок не се лепат едно до друго. Но, зрната песок целосно потопени во вода, исто така, не се држат едни до други. Зошто возачите на вода толку лесно се движат по површината на водата? Зошто осите, вилинските коњчиња и некои инсекти лесно можат да слетаат и полетаат од површината на водата? Ајде да се обидеме да ги објасниме овие појави.

Но, прво, ајде да направиме некои експерименти. .

Искуство бр. 1 „Пловечки клипови за хартија“

Опремачаша чиста вода, неколку клипови за хартија, од кои едната е малку свиткана

Вежбајте . Земете една штипка и нежно спуштете ја на површината на водата за да остане на површината. (Главната работа е да го направите тоа многу внимателно, без да ја туркате чашата со вода. Ако тоа не успее, ставете ја сувата штипка на исправената и повторно спуштете ја на површината на водата, додека втората внимателно спуштете ја надолу. )

Експеримент бр. 2 „Капка масло“

Опрема:пипета со растително масло, чепкалка за заби, детергент.

Со помош на пипета ставете капка масло на површината на водата. Што забележувате? Сега допрете го врвот на чепкалка за заби натопена во растворот детергент, површината на водата до маслото, во центарот. Што набљудуваш?

(Предлог одговор: маслото прво се собра во топка, а потоа дамката почна да се движи и да се шири)

Експеримент бр. 3 „Сапунски филм“

Опрема:раствор за дување меур од сапуница, жичен прстен со рачка, чепкалка за заби натопена во раствор од сапун.

Потопете го прстенот во растворот за сапун и набљудувајте го сапунскиот слој во рефлектираната светлина. Прободете го прстенот со чепкалка за заби. Што забележавте? (Предлог одговор: има тенок филм во прстенот, кога ќе се пробие со чепкалка за заби останува)

Ајде да ги сумираме спроведените експерименти.

Водата има својство да поддржува лесни предмети на површината, а кога се додава раствор од сапун, маслото и филмот се протегаат. (Слајд 3)

Наставник:

Експериментите покажаа дека водата има неверојатна сопственост - да создаде „филм“. научно објаснувањеова. Присуството на слободна површина во течност го одредува постоењето на посебни појави наречени површински феномени. Тие се појавуваат поради фактот што молекулите во течноста и молекулите на нејзината површина се во различни услови. ПРИКАЖИ НА СЛАЈД ) На површината на водата има помалку молекули отколку внатре. Затоа, „внатрешните“ молекули се повлекуваат надолу, истегнувајќи ја површината на течноста. Во волуменот на течноста, молекулите се привлекуваат од секаде, силите на привлекување се избалансирани. Но, на површината, напнатоста доаѓа само од „долу“. Силите не се избалансирани, површината се повлекува на себе. Иво отсуство на надворешни сили, течноста треба да има најмала површина за даден волумен и да има форма на сфера. Ова е токму она што го објаснува сферичниот облик на мали капки и меурчиња.

    Развој.

Веќе ја имаме првата идеја за површинско напнатост, па да почнеме да ја пополнуваме табелата (ГРАФИК ДИЈАГРАМ)

Површински напон

Употребата на површинскиот напон во секојдневниот живот, медицината...

ΙΙΙ.Истражување.И сега дојде време да се спроведе истражување, ги спроведуваме следните експерименти.

Искуство бр. 4

„Што е поголемо: површинскиот напон на ладна вода или површинскиот напон на топла вода?

Експериментално определи дали површинскиот напон на водата се зголемува или намалува како резултат на промените во нејзината температура.

Цел на експериментот: покажете дека површинскиот напон на водата зависи од температурата.

Материјали: чепкалки за заби, железен шајка, алкохолна ламба, чаша чиста вода (железен шајка, ламба со алкохол може да се замени со кибрит).

Процес:

    Загрејте железна шајка во светилка и држете ја блиску до површината на водата помеѓу две чепкалки (или истурете топла вода на површината на водата помеѓу чепкалките за заби).

    (Запалете кибрит и ставете го меѓу чепкалките)

Резултати:

Искуство бр. 5

„Што е поголемо: површинскиот напон на чиста вода или површинскиот напон на сапунскиот раствор?

Експериментално определете дали површинскиот напон на водата се зголемува или намалува како резултат на растворање на сапун во неа.

Цел на експериментот: покажете дека површинскиот напон на чистата вода е поголем од површинскиот напон на растворот од сапун.

Материјали: три чепкалки за заби, течност за миење садови, сад со чиста вода.

Процес:

    Ставете го во средината водена површинадве чепкалки за да бидат една до друга.

    Потопете го врвот на третата чепкалка за заби во течност за миење садови (забелешка: потребна е само мала количина течност)

    Натопете го врвот на третата чепкалка за заби во водата помеѓу другите две.

Резултати: две чепкалки брзо се отстрануваат една од друга. Објаснете ја забележаната појава.

Искуство бр. 6

„Што е поголемо: површинскиот напон на чиста вода или површинскиот напон на шеќерен раствор?

Експериментално определи дали површинскиот напон на водата се зголемува или намалува како резултат на растворање на шеќер во неа.

Цел на експериментот: покажете дека површинскиот напон на чистата вода е поголем од површинскиот напон на шеќерен раствор.

Материјали: чепкалки за заби, шеќерни бонбони, сад со чиста вода.

Процес:

    Ставете две чепкалки во средината на површината на водата, така што тие се една до друга.

    Потопете шеќер во чиста вода и потопете го во водата помеѓу две чепкалки за заби.

Резултати: две чепкалки брзо се отстрануваат една од друга. Објаснете ја забележаната појава.

Заклучок.

Учесниците разговараат за нивните експериментални резултати и прават општ заклучоктоа:

1. Присуството на слободна површина во течност го одредува постоењето на посебни појави наречени површински феномени. Тие се појавуваат поради фактот што молекулите во течноста и молекулите на нејзината површина се во различни услови.

2. Површинскиот напон зависи од видот на течноста, нејзината температура и присуството на нечистотии. Со зголемување на температурата, таа се намалува и целосно исчезнува на критична температура, што доведува до исчезнување на интерфејсот помеѓу течноста и нејзината заситена пареа.

Наставник:По спроведувањето на експериментите, забележавме дека во сите случаи површинскиот напон се намалува. Што мислите: дали може да се зголеми? Да ја погледнеме табелата и да извлечеме заклучок.

.
Заклучок.Водата има висока површинска напнатост, а најголема има само живата.

Манифестациите на силите на површинскиот напон се толку разновидни што дури и не е можно да се наведат сите. Дозволете ми да ви дадам еден пример.

Гибралтарскиот теснец ги поврзува Средоземното Море и Атлантскиот Океан. Изгледа дека водите се разделени со филм и имаат јасна граница меѓу нив. Секој од нив има своја температура, свој состав на сол, флора и фауна.

Во 1967 година, германските научници го открија фактот дека водите на Црвеното Море и Индискиот Океан не се мешаат. По примерот на своите колеги, Жак Кусто почнал да дознава дали водите на Атлантскиот Океан и Средоземното Море се мешаат. Прво, тој и неговиот тим ја испитуваа водата на Средоземното Море - нејзиното природно ниво на соленост, густина и формите на живот својствени за него. Истото го направија и во Атлантскиот Океан. Овие две маси на вода се среќаваат во Гибралтарскиот Проток илјадници години и би било логично да се претпостави дека овие две огромни водни маси требало да се измешаат одамна - нивната соленост и густина требало да станат исти, или барем слични. . Но, дури и на местата каде што се спојуваат најблиску, секој од нив ги задржува своите својства. Со други зборови, на сливот на две маси вода, водената завеса не дозволуваше да се измешаат! Водите на Атлантскиот Океан и Средоземното Море не можат да се измешаат. Количината на површинскиот напон се одредува со различни степени на густина морска вода, овој фактор е како ѕид кој го спречува мешањето на водите.Поентата овде е површинскиот напон: површинскиот напон е еден од најважните параметри на водата. Ја одредува силата на адхезија помеѓу течните молекули, како и обликот на неговата површина на границата со воздухот.

ΙV Прицврстување.

Наставник:Сега да спроведеме визуелни експерименти , поврзани со површинскиот напон.

Искуство бр. 7 „Волшебната шушка чаша“.

Имате ситни монети (30-40 парчиња). Истурете полна чаша вода и дознајте: колку од овие монети можете да ставите во чаша вода додека не се излее? Сега внимателно спуштете една паричка во чашата. Па што? Колку одговараат? Како се промени обликот на површинскиот слој на водата? Објасни зошто?

(Одговор:Површинскиот напон собира вода. Ако погледнете внимателно, можете да видите дека менискусот ја продолжува линијата на ѕидовите на стаклото, издигнувајќи се во лак во средината.)

Наставник: Денес научивме многу за површинскиот напон, бидејќи темата на нашиот семинар е поврзана со смисленото читање, ќе се запознаеме со некои корисни информации. Додека читате, би сакал да ви предложам да ја користите технологијата „Вметни“, правејќи белешки на маргините за да можете потоа да продолжите со пополнување на колоните на табелата.

Читање текст со белешки:

+ Го знаев тоа

- Јас не знаев дека

? Би сакал да знам повеќе

! ме изненади

Површински напон

Зошто меурот од сапуница има форма на топка?

Од што зависи површинскиот напон?

В . Моделирање.

Денес се обидов да ви покажам дека со помош на истражување и едноставни, визуелни техники, не само што можете да формирате систем на физички знаења, вештини и способности на часовите по физика, туку и да се подобрите креативна активност, јавете се интересда се спроведат експерименти. Неопходно е да му се даде можност за експериментирањеи не плашете се од грешките, поттикнете ги учениците да донесуваат заклучоци и да го бранат своето гледиште.

В . Рефлексија. Сакав да ја завршам лекцијата со уште еден експеримент за површинскиот напон.

Искуство бр. 8 Експлозија на боја во чинија

За експериментот ќе ви требаат: чинија, полномасно млеко, течен сапун, памучни брисеви и бои за храна во различни бои. Работен план:

1. Истурете млеко во чинија.

2. Додадете неколку капки боја во млекото.

3. Потопете две памучни брисеви во течен сапун и потопете ги во чинија со млеко.

Резултат:Кога додавате боја во млекото, на површината се формираат прекрасни излевања на боја. Кога се додава течен сапун, бојата станува пругаста и формира неочекувани обрасци на површината на млекото.

Како заклучок, сакам да кажам со зборовите на Николај Островски:

« Креативна работа- Ова

убава, невообичаено тешка

и неверојатно радосна работа“.

Литература: