Bardzo charakterystyczna właściwość Tym, co odróżnia ciecz od gazu, jest to, że na granicy z gazem ciecz tworzy swobodną powierzchnię, której obecność powoduje występowanie szczególnego rodzaju zjawiska zwanego powierzchnią. Swój wygląd zawdzięczają szczególnym warunkom fizycznym, w jakich cząsteczki znajdują się w pobliżu swobodnej powierzchni.

Każda cząsteczka cieczy poddawana jest działaniu sił przyciągających ze strony otaczających ją cząsteczek, znajdujących się od niej w odległości około 10 -9 m (promień działania molekularnego). Na cząsteczkę M 1 znajdującego się wewnątrz cieczy (rys. 1), działają siły od tych samych cząsteczek, a wypadkowa tych sił jest bliska zeru.

Dla cząsteczek M 2 wypadkowe siły są niezerowe i skierowane do cieczy, prostopadle do jej powierzchni. W ten sposób wszystkie cząsteczki cieczy znajdujące się w warstwie powierzchniowej są wciągane do cieczy. Ale przestrzeń wewnątrz cieczy zajmują inne cząsteczki, tzw warstwa powierzchniowa wywiera nacisk na ciecz (ciśnienie molekularne).

Aby poruszyć cząsteczkę M 3, znajdujące się bezpośrednio pod warstwą wierzchnią, na powierzchni należy wykonać pracę przeciw siłom ciśnienia molekularnego. W rezultacie cząsteczki w warstwie powierzchniowej cieczy mają dodatkową energię potencjalną w porównaniu z cząsteczkami wewnątrz cieczy. Ta energia nazywa się energia powierzchniowa.

Oczywiście im większa jest wolna powierzchnia, tym większa jest energia powierzchniowa. Niech wolna powierzchnia zmieni się o Δ S, podczas gdy energia powierzchniowa zmieniła się na \(~\Delta W_p = \sigma \cdot \Delta S\), gdzie σ jest współczynnikiem napięcia powierzchniowego. Ponieważ dla tej zmiany konieczne jest wykonanie pracy

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

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

Jednostką napięcia powierzchniowego w układzie SI jest dżul na metr kwadratowy(J/m2).

- wartość liczbowa równa pracy wykonanej przez siły molekularne, gdy wolna powierzchnia cieczy zmienia się o 1 m 2 w stałej temperaturze.

Ponieważ każdy układ pozostawiony sam sobie ma tendencję do zajmowania położenia, w którym jego energia potencjalna jest najniższa, ciecz ma tendencję do kurczenia się swobodnej powierzchni. Powierzchniowa warstwa cieczy zachowuje się jak rozciągnięta folia gumowa, tj. stale dąży do zmniejszenia swojej powierzchni do wielkości minimalnej możliwej dla danej objętości.

Na przykład kropla cieczy w stanie nieważkości ma kształt kulisty.

Napięcie powierzchniowe

Właściwość powierzchni cieczy do kurczenia się można interpretować jako istnienie sił zmierzających do kurczenia się tej powierzchni. Cząsteczka M 1 (ryc. 2), znajdujący się na powierzchni cieczy, oddziałuje nie tylko z cząsteczkami znajdującymi się wewnątrz cieczy, ale także z cząsteczkami znajdującymi się na powierzchni cieczy, znajdującymi się w sferze działania molekularnego. Dla cząsteczki M 1 wypadkowa \(~\vec R\) sił molekularnych skierowanych wzdłuż swobodnej powierzchni cieczy jest równa zeru, a dla cząsteczki M 2 zlokalizowane na granicy powierzchni cieczy, \(~\vec R\ne 0\) i \(~\vec R\) skierowany normalnie do granic swobodnej powierzchni i styczny do powierzchni samej cieczy.

Wypadkowa sił działających na wszystkie cząsteczki znajdujące się na granicy swobodnej powierzchni jest siłą napięcie powierzchniowe. Generalnie działa w taki sposób, że ma tendencję do zmniejszania powierzchni cieczy.

Można założyć, że siła napięcia powierzchniowego \(~\vec F\) jest wprost proporcjonalna do długości l granice powierzchniowej warstwy cieczy, ponieważ we wszystkich obszarach powierzchniowej warstwy cieczy cząsteczki znajdują się w tych samych warunkach:

\(~F \sim l .\)

Rzeczywiście, rozważmy pionową prostokątną ramę (ryc. 3, a, b), której ruchoma strona jest zrównoważona. Po wyjęciu ramki z roztworu mydła, część ruchoma przesuwa się z pozycji 1 na pozycję 2 . Biorąc pod uwagę, że folia jest cienką warstwą cieczy i ma dwie swobodne powierzchnie, obliczymy pracę wykonaną podczas przesuwania poprzeczki na odległość H = A 1 ⋅ A 2: A = 2F⋅h, Gdzie F- siła działająca na ramę z każdej warstwy wierzchniej. Z drugiej strony \(~A = \sigma \cdot \Delta S = \sigma \cdot 2l \cdot h\).

Zatem \(~2F \cdot h = \sigma \cdot 2l \cdot h \Rightarrow F = \sigma \cdot l\), skąd \(~\sigma = \dfrac Fl\).

Zgodnie z tym wzorem jednostką napięcia powierzchniowego w układzie SI jest niuton na metr (N/m).

Współczynnik napięcia powierzchniowegoσ numerycznie równa sile napięcie powierzchniowe działające na jednostkę długości granicy swobodnej powierzchni cieczy. Współczynnik napięcia powierzchniowego zależy od rodzaju cieczy, temperatury i obecności zanieczyszczeń. Zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury.

  • W temperaturze krytycznej, gdy zanika różnica między cieczą a parą, σ = 0.

Zanieczyszczenia generalnie zmniejszają (w pewnym stopniu zwiększają) współczynnik napięcia powierzchniowego.

Zatem wierzchnia warstwa cieczy przypomina elastyczną, rozciągniętą folię, która pokrywa całą ciecz i ma tendencję do zbierania jej w jedną „kroplę”. Model ten (elastyczna folia rozciągnięta) pozwala na określenie kierunku sił napięcia powierzchniowego. Na przykład, jeśli film jest narażony na działanie siły zewnętrzne zostanie rozciągnięty, wówczas siła napięcia powierzchniowego zostanie skierowana wzdłuż powierzchni cieczy wbrew rozciągnięciu. Stan ten jednak znacznie różni się od napięcia elastycznej folii gumowej. Elastyczna folia rozciąga się w wyniku wzrostu odległości między cząstkami, a siła rozciągająca wzrasta; podczas rozciągania cieczy odległość między cząstkami nie ulega zmianie, a wzrost powierzchni uzyskuje się w wyniku przejście cząsteczek z grubości cieczy do warstwy powierzchniowej. Dlatego wraz ze wzrostem powierzchni cieczy siła napięcia powierzchniowego nie zmienia się (nie zależy od pola powierzchni).

Zobacz też

  1. Kikoin A.K. O siłach napięcia powierzchniowego // Quantum. - 1983. - nr 12. - s. 27-28

Zwilżanie

W przypadku kontaktu z ciałem stałym, znaczącą rolę zaczynają odgrywać siły adhezji pomiędzy cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ciała stałego. Zachowanie cieczy będzie zależeć od tego, co jest większe: spójność między cząsteczkami cieczy lub spójność cząsteczek cieczy z cząsteczkami ciała stałego.

Zwilżanie- zjawisko powstające w wyniku oddziaływania cząsteczek cieczy z cząsteczkami ciała stałego. Jeżeli siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami cieczy i ciała stałego są większe niż siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami cieczy, wówczas ciecz nazywa się zwilżanie; jeżeli siły przyciągania pomiędzy cieczą a ciałem stałym są mniejsze niż siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami cieczy, wówczas ciecz nazywa się nie zwilżający to jest ciało.

Ta sama ciecz może być zwilżająca i niezwilżająca różne ciała. Zatem woda zwilża szkło i nie zwilża tłustej powierzchni, rtęć nie zwilża szkła, ale zwilża miedź.

Zwilżanie lub niezwilżanie przez ciecz ścianek naczynia, w którym się ona znajduje, wpływa na kształt swobodnej powierzchni cieczy w naczyniu. Jeśli duża liczba ciecz wlewa się do naczynia, o kształcie jej powierzchni decyduje siła ciężkości, co zapewnia płaską i poziomą powierzchnię. Natomiast już przy samych ściankach zjawiska zwilżania i niezwilżania prowadzą do krzywizny powierzchni cieczy, tzw. efekty krawędziowe.

Ilościową cechą efektów krawędziowych jest kąt zwilżaniaθ jest kątem pomiędzy płaszczyzną styczną do powierzchni cieczy a powierzchnią ciała stałego. Wewnątrz kąta zwilżania zawsze znajduje się ciecz (ryc. 4, a, b). Po zwilżeniu będzie ostry (ryc. 4, a), a gdy nie zostanie zwilżony, będzie tępy (ryc. 4, b). W kurs szkolny fizycy rozważają tylko całkowite zwilżenie (θ = 0°) lub całkowite niezwilżenie (θ = 180°).

Siły związane z obecnością napięcia powierzchniowego i skierowane stycznie do powierzchni cieczy, w przypadku powierzchni wypukłej, dają siłę wypadkową skierowaną w ciecz (rys. 5, a). W przypadku powierzchni wklęsłej powstająca siła skierowana jest natomiast w stronę gazu otaczającego ciecz (ryc. 5, b).

Jeżeli ciecz zwilżająca znajduje się na otwartej powierzchni ciała stałego (ryc. 6, a), wówczas rozprzestrzenia się po tej powierzchni. Jeśli na otwartej powierzchni ciała stałego znajduje się niezwilżająca ciecz, wówczas przyjmuje ona kształt zbliżony do kulistego (ryc. 6, b).

Zwilżanie jest ważne zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle. Dobre zwilżanie jest niezbędne przy barwieniu, myciu, obróbce materiałów fotograficznych, nakładaniu powłok malarskich i lakierniczych, klejeniu materiałów, lutowaniu oraz w procesach flotacji (wzbogacanie rud cenną skałą). I odwrotnie, przy konstruowaniu urządzeń hydroizolacyjnych potrzebne są materiały, które nie są zwilżane wodą.

Zjawiska kapilarne

Krzywizna powierzchni cieczy na krawędziach naczynia jest szczególnie wyraźnie widoczna w wąskich rurkach, gdzie cała swobodna powierzchnia cieczy jest zakrzywiona. W rurkach o wąskim przekroju powierzchnia ta stanowi część kuli, tzw menisk. Ciecz zwilżająca tworzy menisk wklęsły (ryc. 7, a), natomiast ciecz niezwilżająca tworzy menisk wypukły (ryc. 7, b). Ponieważ powierzchnia menisku jest większa niż powierzchnia Przekrój rurki, wówczas pod działaniem sił molekularnych zakrzywiona powierzchnia cieczy ma tendencję do prostowania.

Wytwarzają się siły napięcia powierzchniowego dodatkowy (laplacowski) ciśnienie pod zakrzywioną powierzchnią płynu.

Jeśli powierzchnia cieczy wklęsły, wówczas siła napięcia powierzchniowego jest kierowana z cieczy (ryc. 8, a), a ciśnienie pod wklęsłą powierzchnią cieczy jest mniejsze niż pod płaską powierzchnią o \(~p = \dfrac(2 \sigma ) (R)\). Jeśli powierzchnia cieczy wypukły, wówczas siła napięcia powierzchniowego jest kierowana do wnętrza cieczy (ryc. 8, b), a ciśnienie pod wypukłą powierzchnią cieczy jest o tę samą wartość większe niż pod płaską powierzchnią.

Ryż. 8
  • Wzór ten stanowi szczególny przypadek wzoru Laplace’a, który określa nadciśnienie dla dowolnej powierzchni cieczy o podwójnej krzywiźnie:
\(~p = \sigma \cdot \left(\dfrac(1)(R_1) + \dfrac(1)(R_2) \right),\)

Gdzie R 1 i R 2 - promienie krzywizny dowolnych dwóch wzajemnie prostopadłych normalnych odcinków powierzchni cieczy. Promień krzywizny jest dodatni, jeśli środek krzywizny odpowiedniej sekcji znajduje się wewnątrz płynu, i ujemny, jeśli środek krzywizny znajduje się na zewnątrz płynu. Dla powierzchni cylindrycznej ( R 1 = l; R 2 = ∞) nadciśnienie \(~p = \dfrac(\sigma)(R)\) .

Jeśli umieścisz wąską rurkę ( kapilarny) jednym końcem do cieczy wlanej do szerokiego naczynia, wówczas pod wpływem działania siły ciśnienia Laplace'a ciecz w kapilarze podnosi się (jeśli ciecz jest zwilżana) lub opada (jeśli ciecz nie jest zwilżana) (ryc. 9, a, b), ponieważ pod płaską powierzchnią cieczy w szerokim naczyniu nie ma nadciśnienia.

Zjawisko zmiany wysokości poziomu cieczy w kapilarach w stosunku do poziomu cieczy w naczyniach szerokich nazywa się zjawiska kapilarne.

Ciecz w kapilarze podnosi się lub opada do tej wysokości H, przy którym siła ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy równoważy się siłą nadciśnienia, tj.

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

Skąd pochodzi \(~h = \dfrac(2 \sigma)(\rho \cdot g \cdot R)\)? Jeśli zwilżanie nie jest całkowite θ ≠ 0 (θ ≠ 180°), wówczas, jak pokazują obliczenia, \(~h = \dfrac(2 \sigma)(\rho \cdot g \cdot R) \cdot \cos \theta\).

Zjawiska kapilarne są dość powszechne. Podnoszenie się wody w glebie, układ naczyń krwionośnych w płucach, system korzeniowy roślin, knot i bibuła to układy kapilarne.

Literatura

  1. Aksenovich L.A. Fizyka w Liceum: Teoria. Zadania. Testy: Podręcznik. dodatek dla placówek prowadzących kształcenie ogólne. środowisko, edukacja / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; wyd. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - s. 178-184.

Napięcie powierzchniowe, chęć substancji (fazy ciekłej lub stałej) do zmniejszenia nadmiaru energii potencjalnej na styku z inną fazą (energią powierzchniową). Zdefiniowana jako praca włożona w utworzenie jednostki powierzchni styku (wymiar J/m2). Według innej definicji, napięcie powierzchniowe- siła na jednostkę długości konturu ograniczającego granicę faz (wymiar N/m); siła ta działa stycznie do powierzchni i zapobiega jej samoistnemu wzrostowi.

Napięcie powierzchniowe- główna charakterystyka termodynamiczna warstwy powierzchniowej cieczy na granicy z fazą gazową lub inną cieczą. Napięcie powierzchniowe różnych cieczy na granicy z ich własnymi parami jest bardzo zróżnicowana: od jednostek dla skroplonych gazów niskowrzących do kilku tysięcy mN/m dla stopionych substancji ogniotrwałych. Napięcie powierzchniowe zależy od temperatury. W przypadku wielu jednoskładnikowych, niezwiązanych ze sobą cieczy (woda, stopione sole, ciekłe metale) oddalonych od temperatury krytycznej, zależność liniowa dobrze się sprawdza:

gdzie s i s 0 to napięcie powierzchniowe w temperaturach T I T odpowiednio 0, α≈0,1 mN/(m·K) - współczynnik temperatury napięcie powierzchniowe. Główna metoda regulacji napięcie powierzchniowe polega na zastosowaniu środków powierzchniowo czynnych (surfaktanty).

Napięcie powierzchniowe jest zawarty w wielu równaniach fizyki, chemii fizycznej i koloidowej, elektrochemii.

Definiuje następujące wielkości:

1. ciśnienie kapilarne, gdzie R 1 i R 2 - główne promienie krzywizny powierzchni i ciśnienie pary nasyconej R nad zakrzywioną powierzchnią cieczy: , gdzie R- promień krzywizny powierzchni, R- stała gazowa, Vn- objętość molowa cieczy, P 0 - ciśnienie nad płaską powierzchnią (prawa Lapplace'a i Kelvina, patrz Zjawiska kapilarne).

2. Kąt zwilżania θ w kontakcie cieczy z powierzchnią ciała stałego: cos, gdzie jest to właściwa swobodna energia powierzchniowa ciała stałego na granicy faz z gazem i cieczą, - napięcie powierzchniowe ciecze (prawo Younga, patrz Zwilżanie).

3. Adsorpcja środków powierzchniowo czynnych gdzie μ jest potencjałem chemicznym zaadsorbowanej substancji (równanie Gibbsa, patrz Adsorpcja). Do rozcieńczonych roztworów, gdzie Z- stężenie molowe środka powierzchniowo czynnego.

4. Stan warstwy adsorpcyjnej środka powierzchniowo czynnego na powierzchni cieczy: (str S + a/A 2)·( A- B)=k T, gdzie str S=(s 0 -s) - ciśnienie dwuwymiarowe, odpowiednio s 0 i s napięcie powierzchniowe czysta ciecz i ta sama ciecz w obecności warstwy adsorpcyjnej, A- stała (analogiczna do stałej van der Waalsa), A- powierzchnia warstwy powierzchniowej na zaadsorbowaną cząsteczkę, B- obszar zajmowany przez 1 cząsteczkę cieczy, k- Stała Boltzmanna (równanie Frumkina-Volmera, patrz Aktywność powierzchniowa).


5. Efekt elektrokapilarny: - D S/ D f = r s, gdzie r s to gęstość ładunku powierzchniowego, f to potencjał elektrody (równanie Lipmana, patrz Zjawiska elektrokapilarne).

6. Praca tworzenia jądra krytycznego nowej fazy Toaleta. Na przykład podczas jednorodnej kondensacji pary pod ciśnieniem, gdzie P 0 - prężność pary nad płaską powierzchnią cieczy (równanie Gibbsa, patrz Pochodzenie nowej fazy).

7. Długość l fal kapilarnych na powierzchni cieczy: , gdzie ρ to gęstość cieczy, τ to okres drgań, G- przyśpieszenie grawitacyjne.

8. Sprężystość filmów cieczy z warstwą środka powierzchniowo czynnego: moduł sprężystości, gdzie S- obszar folii (równanie Gibbsa, patrz Cienkie folie).

Napięcie powierzchniowe mierzone dla wielu czystych substancji i mieszanin (roztworów, stopów) w szerokim zakresie temperatur i składów. Ponieważ napięcie powierzchniowe bardzo wrażliwy na obecność zanieczyszczeń, pomiary przy użyciu różnych metod nie zawsze podawaj te same wartości.

Główne metody pomiaru są następujące:

1. wzrost cieczy zwilżających w kapilarach. Wysokość podnoszenia, gdzie - różnica gęstości cieczy i wypartego gazu, ρ - promień kapilary. Dokładność określenia napięcie powierzchniowe wzrasta wraz ze zmniejszaniem się współczynnika ρ/α (α - stała kapilarna cieczy).

2. Pomiar maksymalnego ciśnienia w pęcherzyku gazu (metoda Rebindera); Obliczenia opierają się na równaniu Laplace'a. Gdy pęcherzyk zostanie wciśnięty do cieczy przez skalibrowaną kapilarę o promieniu r przed momentem rozdzielenia, ciśnienie p m = 2σ/r

3. Metoda ważenia kropli (stalagmometria): (równanie Tate'a), gdzie G- waga całkowita N krople oddzielone pod wpływem siły ciężkości od nacięcia rurki kapilarnej o promieniu R. Aby poprawić dokładność, prawą stronę mnoży się przez współczynnik korekcyjny zależny od r i objętości kropli.

4. Metoda wyważania płyt (metoda Wilhelmy'ego). Podczas zanurzania płytki o obwodzie przekroju poprzecznego L do płynu zwilżającego jest ciężar płytki, gdzie G 0 - masa suchego talerza.

5. Metoda zrywania pierścienia (metoda Du Nouy). Aby oderwać pierścień druciany z promieniem R wymagana jest siła z powierzchni cieczy

6. Metoda kropli siedzącej. Profil kropli na niezwilżalne podłoże wyznacza się na podstawie warunku, że suma ciśnień hydrostatycznych i kapilarnych jest stała. Równanie różniczkowe profil kropel wyznacza się poprzez całkowanie numeryczne (metoda Bashfortha-Adamsa). Mierząc parametry geometryczne profilu spadku, korzystając z odpowiednich tabel, znajdź napięcie powierzchniowe.

7. Metoda kropli rotacyjnej. Kroplę cieczy o gęstości r 1 umieszcza się w rurce z cięższą cieczą (o gęstości r 2). Kiedy rurka obraca się z prędkością kątową ω, kropla rozciąga się wzdłuż osi, przybierając w przybliżeniu kształt walca o promieniu R. Równanie projektowe: . Metodę tę stosuje się do pomiaru małych napięcie powierzchniowe na styku dwóch cieczy.

Napięcie powierzchniowe dla wielu jest czynnikiem decydującym procesy technologiczne: flotacja, impregnacja materiałów porowatych, powlekanie, działanie detergentowe, metalurgia proszków, lutowanie itp. Świetna rola napięcie powierzchniowe w procesach zachodzących w stanie nieważkości.

Pojęcie napięcie powierzchniowe po raz pierwszy wprowadzony przez J. Segnera (1752). W pierwszej połowie XIX w. w oparciu o pomysł napięcie powierzchniowe został opracowany teoria matematyczna zjawiska kapilarne (P. Laplace, S. Poisson, K. Gauss, A.Yu. Davidov). W drugiej połowie XIX w. J. Gibbs opracował termodynamiczną teorię zjawisk powierzchniowych, w której odgrywa ona decydującą rolę napięcie powierzchniowe. W XX wieku opracowywane są metody regulacji napięcie powierzchniowe z wykorzystaniem środków powierzchniowo czynnych i efektów elektrokapilarnych (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumknn). Wśród nowoczesnych obecne problemy- rozwój teorii molekularnej napięcie powierzchniowe różne ciecze (w tym stopione metale), wpływ krzywizny powierzchni napięcie powierzchniowe.

Głównym elementem.

Aby zrozumieć podstawowe właściwości i wzorce stanu ciekłego substancji, należy wziąć pod uwagę następujące aspekty:

Struktura cieczy. Ruch cząsteczek cieczy.

Ciecz to coś, co może płynąć.

W ułożeniu cząstek cieczy obserwuje się tzw. porządek krótkiego zasięgu. Oznacza to, że względem dowolnej cząstki uporządkowane jest położenie jej najbliższych sąsiadów.

Jednak w miarę oddalania się od danej cząstki układ innych cząstek względem niej staje się coraz mniej uporządkowany i dość szybko porządek w ułożeniu cząstek całkowicie zanika.

Cząsteczki cieczy poruszają się znacznie swobodniej niż cząsteczki stałe, chociaż nie tak swobodnie jak cząsteczki gazu.

Każda cząsteczka cieczy porusza się tu i tam przez jakiś czas, nie oddalając się jednak od swoich sąsiadów. Jednak od czasu do czasu cząsteczka cieczy wyrywa się ze swojego otoczenia i przemieszcza się w inne miejsce, trafiając do nowego środowiska, gdzie ponownie przez pewien czas wykonuje ruchy podobne do wibracji. Znaczące osiągnięcia w rozwoju szeregu problemów teorii stanu ciekłego należą do radzieckiego naukowca Ya I. Frenkla.

Według Frenkla ruch termiczny w cieczach ma następujący charakter. Każda cząsteczka oscyluje wokół pewnego położenia równowagi przez pewien czas. Co jakiś czas cząsteczka zmienia swoje miejsce równowagi, przemieszczając się gwałtownie do nowej pozycji, oddalonej od poprzedniej o odległość rzędu wielkości samych cząsteczek. Oznacza to, że cząsteczki poruszają się w cieczy tylko powoli, zatrzymując się przez część czasu w pobliżu określonych miejsc. Zatem ruch cząsteczek cieczy przypomina mieszaninę ruchów w ciele stałym i w gazie: ruch oscylacyjny w jednym miejscu zostaje zastąpiony poprzez swobodne przemieszczanie się z jednego miejsca do drugiego.

Ciśnienie płynu

Codzienne doświadczenie uczy nas, że ciecze działają ze znanymi siłami na powierzchnię stykających się z nimi ciał stałych. Siły te nazywane są siłami ciśnienia płynu.



Kiedy zakrywamy palcem otwór otwartego kranu, czujemy nacisk cieczy na palec. Ból ucha odczuwany przez pływaka nurkującego na duże głębokości jest spowodowany działaniem sił ciśnienia wody na błonę bębenkową. Termometry do pomiaru temperatury w głębokim morzu muszą być bardzo trwałe, aby ciśnienie wody nie mogło ich zmiażdżyć.

Ciśnienie w cieczy spowodowane jest zmianą jej objętości – ściskaniem. Ciecze są elastyczne w stosunku do zmian objętości. Siły sprężystości w cieczy to siły nacisku. Jeśli zatem ciecz działa siłami nacisku na stykające się z nią ciała, oznacza to, że jest ona ściskana. Ponieważ gęstość substancji wzrasta podczas ściskania, możemy powiedzieć, że ciecze mają elastyczność ze względu na zmiany gęstości.

Ciśnienie w cieczy jest prostopadłe do dowolnej powierzchni umieszczonej w cieczy. Ciśnienie w cieczy na głębokości h jest równe sumie ciśnienia na powierzchni i wartości proporcjonalnej do głębokości:

Ze względu na to, że ciecze mogą przenosić ciśnienie statyczne prawie nie mniejsze niż ich gęstość, można je stosować w urządzeniach zapewniających przewagę wytrzymałościową: prasie hydraulicznej.

Prawo Archimedesa

Na powierzchnię ciała stałego zanurzonego w cieczy działają siły ciśnienia. Ponieważ ciśnienie rośnie wraz z głębokością zanurzenia, siły nacisku działające na dolną część cieczy i skierowane w górę są większe niż siły działające na górną część cieczy i skierowane w dół i możemy się spodziewać, że wypadkowa sił nacisku będzie skierowana w górę. Wypadkowa sił nacisku na ciało zanurzone w cieczy nazywana jest siłą podporową cieczy.

Jeżeli ciało zanurzone w cieczy pozostawi się samemu sobie, to zatonie, pozostanie w równowadze lub wypłynie na powierzchnię cieczy, w zależności od tego, czy siła podpierająca jest mniejsza, równa czy większa od siły grawitacja działająca na ciało.

Prawo Archimedesa mówi, że na ciało znajdujące się w cieczy działa siła wyporu skierowana ku górze, równa ciężarowi wypartej cieczy. Na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu (zwana siłą Archimedesa)

gdzie ρ jest gęstością cieczy (gazu), jest przyspieszeniem swobodnego spadania, oraz V- objętość zanurzonego ciała (lub część objętości ciała znajdująca się pod powierzchnią).

Jeżeli na wadze zawieszone jest ciało zanurzone w cieczy, wówczas waga wskazuje różnicę pomiędzy ciężarem ciała w powietrzu a ciężarem wypartej cieczy. Dlatego też prawo Archimedesa przyjmuje czasami następującą formułę: ciało zanurzone w cieczy traci na swoim ciężarze tyle samo, ile waży wyparta przez nie ciecz.

Ciekawostką jest taki eksperymentalny fakt, że znajdując się w innej cieczy o większym ciężarze właściwym, ciecz ta zgodnie z prawem Archimedesa „traci” swoją wagę i przyjmuje swój naturalny, kulisty kształt.

Odparowanie

W warstwie powierzchniowej i w pobliżu powierzchni cieczy działają siły, które zapewniają istnienie powierzchni i nie pozwalają cząsteczkom opuścić objętości cieczy. Ze względu na ruch termiczny niektóre cząsteczki mają wystarczająco duże prędkości, aby pokonać siły utrzymujące cząsteczki w cieczy i opuścić ciecz. Zjawisko to nazywa się parowaniem. Obserwuje się go w dowolnej temperaturze, ale jego intensywność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Jeśli cząsteczki, które opuściły ciecz, zostaną usunięte z przestrzeni w pobliżu powierzchni cieczy, wówczas ostatecznie cała ciecz wyparuje. Jeżeli cząsteczki, które opuściły ciecz, nie zostaną usunięte, tworzą się pary. Cząsteczki pary, które dostają się do obszaru w pobliżu powierzchni cieczy, są wciągane do cieczy przez siły przyciągające. Proces ten nazywa się kondensacją.

Zatem, jeśli cząsteczki nie zostaną usunięte, szybkość parowania maleje z czasem. Wraz z dalszym wzrostem gęstości pary dochodzi do sytuacji, w której liczba cząsteczek opuszczających ciecz w określonym czasie będzie równa liczbie cząsteczek powracających w tym samym czasie do cieczy. Następuje stan równowagi dynamicznej. Para znajdująca się w stanie równowagi dynamicznej z cieczą nazywana jest nasyconą.

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta gęstość i ciśnienie pary nasyconej. Im wyższa temperatura, tym większa liczba cząsteczki cieczy mają wystarczającą energię do odparowania, a im większa musi być gęstość pary, aby kondensacja mogła równać się parowaniu.

Wrzenie

Kiedy podczas podgrzewania cieczy zostanie osiągnięta temperatura, w której ciśnienie pary nasyconej jest równe ciśnieniu zewnętrznemu, między cieczą a jej parą nasyconą ustala się równowaga. Kiedy do cieczy zostanie przekazana dodatkowa ilość ciepła, odpowiednia masa cieczy natychmiast zamienia się w parę. Proces ten nazywa się gotowaniem.

Wrzenie to intensywne parowanie cieczy, występujące nie tylko z powierzchni, ale w całej jej objętości, wewnątrz powstałych pęcherzyków pary. Aby przejść z cieczy w parę, cząsteczki muszą zdobyć energię niezbędną do pokonania sił przyciągania utrzymujących je w cieczy. Na przykład, aby odparować 1 g wody w temperaturze 100 ° C i pod ciśnieniem odpowiadającym ciśnieniu atmosferycznemu na poziomie morza, należy wydać 2258 J, z czego 1880 wykorzystuje się do oddzielenia cząsteczek od cieczy, a resztę służą do zwiększenia objętości zajmowanej przez układ wbrew siłom ciśnienia atmosferycznego (1 g pary wodnej w temperaturze 100°C i pod ciśnieniem normalnym zajmuje objętość 1,673 cm 3, natomiast 1 g wody w tych samych warunkach - tylko 1,04 cm 3).

Temperatura wrzenia to temperatura, w której ciśnienie pary nasyconej zrównuje się z ciśnieniem zewnętrznym. Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta temperatura wrzenia, a wraz ze spadkiem ciśnienia maleje.

Ze względu na zmianę ciśnienia cieczy wraz z wysokością jej słupa, wrzenie na różnych poziomach cieczy następuje, ściśle rzecz biorąc, w różnych temperaturach. Tylko para nasycona nad powierzchnią wrzącej cieczy ma określoną temperaturę. O jego temperaturze decyduje wyłącznie ciśnienie zewnętrzne. Jest to temperatura, którą mamy na myśli, gdy mówimy o temperaturze wrzenia.

Temperatury wrzenia różnych cieczy znacznie się od siebie różnią, co jest szeroko stosowane w technologii, na przykład przy destylacji produktów naftowych.

Ilość ciepła, jaką należy dostarczyć, aby izotermicznie przekształcić pewną ilość cieczy w parę, przy ciśnieniu zewnętrznym równym ciśnieniu jej pary nasyconej, nazywa się utajonym ciepłem parowania. Wartość tę określa się zwykle jako jeden gram lub jeden mol. Ilość ciepła wymagana do izotermicznego odparowania mola cieczy nazywana jest molowym utajonym ciepłem parowania. Jeżeli wartość tę podzieli się przez masę cząsteczkową, otrzyma się właściwe ciepło utajone parowania.

Napięcie powierzchniowe cieczy

Zdolność cieczy do zmniejszania swojej powierzchni do minimum nazywa się napięciem powierzchniowym. Napięcie powierzchniowe to zjawisko ciśnienia molekularnego działającego na ciecz, spowodowane przyciąganiem cząsteczek w warstwie powierzchniowej do cząsteczek znajdujących się wewnątrz cieczy. Na powierzchni cieczy na cząsteczki działają siły, które nie są symetryczne. Średnio cząsteczka znajdująca się w cieczy podlega sile przyciągania i adhezji ze strony sąsiadów równomiernie ze wszystkich stron. Jeśli powierzchnia cieczy zostanie zwiększona, cząsteczki będą poruszać się wbrew siłom trzymającym. Zatem siła mająca tendencję do kurczenia się powierzchni cieczy działa w kierunku przeciwnym do siły zewnętrznej rozciągającej powierzchnię. Siła ta nazywana jest napięciem powierzchniowym i obliczana jest ze wzoru:

Współczynnik napięcia powierzchniowego()

Długość granicy powierzchni cieczy

Należy pamiętać, że łatwo parujące ciecze (eter, alkohol) mają mniejsze napięcie powierzchniowe niż ciecze nielotne (rtęć). Napięcie powierzchniowe ciekłego wodoru, a zwłaszcza ciekłego helu, jest bardzo niskie. Przeciwnie, w ciekłych metalach napięcie powierzchniowe jest bardzo wysokie. Różnicę w napięciu powierzchniowym cieczy tłumaczy się różnicą sił adhezji różnych cząsteczek.

Pomiary napięcia powierzchniowego cieczy pokazują, że napięcie powierzchniowe zależy nie tylko od rodzaju cieczy, ale także od jej temperatury: wraz ze wzrostem temperatury różnica w gęstości cieczy maleje, a co za tym idzie – maleje współczynnik napięcia powierzchniowego.

Ze względu na napięcie powierzchniowe każda objętość cieczy ma tendencję do zmniejszania swojej powierzchni, zmniejszając się w ten sposób energia potencjalna. Napięcie powierzchniowe jest jedną z sił sprężystości odpowiedzialnych za ruch zmarszczek w wodzie. W przypadku wybrzuszeń grawitacja powierzchniowa i napięcie powierzchniowe przyciągają cząsteczki wody w dół, powodując ponowne wygładzenie powierzchni.

Folie płynne

Każdy wie, jak łatwo jest uzyskać pianę z wody z mydłem. Piana to zbiór pęcherzyków powietrza otoczonych cienką warstwą cieczy. Z cieczy tworzącej pianę można łatwo uzyskać oddzielną warstwę.

Te filmy są bardzo ciekawe. Mogą być niezwykle cienkie: w najcieńszych miejscach ich grubość nie przekracza stu tysięcznych milimetra. Pomimo swojej szczupłości są czasami bardzo odporne. Film mydlany może być rozciągany i deformowany, a strumień wody może przepływać przez film mydlany, nie niszcząc go.

Jak możemy wyjaśnić stabilność filmów? Niezbędnym warunkiem powstania filmu jest dodanie do czystej cieczy substancji w nim rozpuszczających się, a ponadto takich, które znacznie zmniejszają napięcie powierzchniowe

W przyrodzie i technologii zwykle spotykamy nie pojedyncze filmy, ale zbiór filmów - piankę. Często w strumieniach, gdzie małe strumyki wpadają do spokojnej wody, można zaobserwować obfite powstawanie piany. W tym przypadku zdolność wody do spieniania jest związana z obecnością specjalnego materia organiczna, uwalniany z korzeni roślin. W sprzęcie budowlanym stosuje się materiały o strukturze komórkowej, takie jak pianka. Takie materiały są tanie, lekkie, źle przewodzą ciepło i dźwięk oraz są dość trwałe. Aby je wytworzyć, do roztworów, z których powstają materiały budowlane, dodaje się substancje sprzyjające pienieniu.

Zwilżanie

Małe krople rtęci umieszczone na szklanej płytce przyjmują kulisty kształt. Jest to wynikiem działania sił molekularnych zmierzających do zmniejszenia powierzchni cieczy. Rtęć umieszczona na powierzchni ciała stałego nie zawsze tworzy okrągłe kropelki. Rozprzestrzenia się po płycie cynkowej, a całkowita powierzchnia kropli niewątpliwie się zwiększy.

Kropla aniliny również ma kształt kulisty tylko wtedy, gdy nie dotyka ścianki szklanego naczynia. Gdy tylko dotknie ściany, natychmiast przykleja się do szyby, rozciągając się po niej i uzyskując dużą powierzchnię całkowitą.

Wyjaśnia to fakt, że w przypadku kontaktu z ciałem stałym znaczącą rolę zaczynają odgrywać siły adhezji pomiędzy cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ciała stałego. Zachowanie cieczy będzie zależeć od tego, co jest większe: spójność pomiędzy cząsteczkami cieczy lub spójność cząsteczki cieczy z cząsteczką stałą. W przypadku rtęci i szkła siły przylegania pomiędzy cząsteczkami rtęci i szkła są małe w porównaniu z siłami przylegania pomiędzy cząsteczkami rtęci, a rtęć zbiera się w kroplę.

Ten płyn nazywa się nie zwilżający solidny. W przypadku rtęci i cynku siły adhezji pomiędzy cząsteczkami cieczy i ciała stałego przewyższają siły adhezji działające pomiędzy cząsteczkami cieczy, a ciecz rozprzestrzenia się ciało stałe. W tym przypadku ciecz nazywa się zwilżanie solidny.

Wynika z tego, że mówiąc o powierzchni cieczy, musimy mieć na myśli nie tylko powierzchnię, na której ciecz graniczy z powietrzem, ale także powierzchnię graniczącą z innymi cieczami lub ciałem stałym.

W zależności od tego, czy ciecz zwilża ścianki naczynia, czy nie, kształt powierzchni cieczy w miejscu styku ze ścianą stałą i gazem przybiera taką czy inną postać. W przypadku niezwilżania kształt powierzchni cieczy przy krawędzi jest okrągły i wypukły. Po zwilżeniu ciecz na krawędzi przyjmuje wklęsły kształt.

Zjawiska kapilarne

W życiu często mamy do czynienia z ciałami, do których przenika wiele małych kanałów (papier, przędza, skóra, różne Materiały budowlane, gleba, drzewo). Kiedy takie ciała wchodzą w kontakt z wodą lub innymi cieczami, często je wchłaniają. Na tym opiera się działanie ręcznika podczas wycierania rąk, działanie knota w lampie naftowej itp. Podobne zjawiska można zaobserwować także w wąskich szklanych rurkach. Wąskie rurki nazywane są rurkami włosowymi lub włosowymi.

Kiedy taką rurkę zanurzymy z jednego końca w szerokim naczyniu w szerokim naczyniu, dzieje się co następuje: jeżeli ciecz zwilży ścianki rurki, to podniesie się ona ponad poziom cieczy w naczyniu, a ponadto wyższa, im węższa rura; jeśli ciecz nie zwilża ścian, wręcz przeciwnie, poziom cieczy w rurce jest ustawiony niżej niż w szerokim naczyniu. Nazywa się zmianę wysokości poziomu cieczy w wąskich rurkach lub szczelinach kapilarność. W w szerokim znaczeniu Zjawiska kapilarne to wszelkie zjawiska spowodowane istnieniem napięcia powierzchniowego.

Wysokość podnoszenia cieczy w rurkach kapilarnych zależy od promienia kanału w rurce, napięcia powierzchniowego i gęstości cieczy. Pomiędzy cieczą w kapilarze a cieczą w szerokim naczyniu ustala się taką różnicę poziomów h, aby ciśnienie hydrostatyczne rgh równoważyło ciśnienie kapilarne:

gdzie s jest napięciem powierzchniowym cieczy

R jest promieniem kapilary.

Wysokość cieczy wznoszącej się w kapilarze jest proporcjonalna do jej napięcia powierzchniowego i odwrotnie proporcjonalna do promienia kanału kapilarnego i gęstości cieczy (prawo Jurina)

Klasa mistrzowska „Napięcie powierzchniowe wody”.

Nauczyciel fizyki MKOU „Szkoła Średnia nr 8 im. A.V. Gryaznova” IMRSC

Cel: ukazanie rozwoju aktywności twórczej uczniów w trakcie badania zjawiska napięcia powierzchniowego. Edukacyjny : badanie zjawiska napięcia powierzchniowego.Rozwojowy: rozwinąć umiejętność obserwacji, eksperymentowania, zdobywania wiedzy, rozumienia, oceniania i korelowania swojego punktu widzenia z opiniami innych, umiejętności wyciągania wniosków. Edukacja: kultywowanie poczucia piękna, szacunku dla natury, umiejętności prowadzenia dialogu, słuchania innych i rozsądnej obrony swojego punktu widzenia. Metody, techniki, metody: -wymiana opinii, dyskusja w grupie, dyskusja;
-eksperyment. Sprzęt: komputer i prezentacja,…….. I . Wstępw klasie mistrzowskiej wyznaczenie głównych celów i zadań:(slajd 1) Drodzy koledzy. Głównym zadaniem każdego nauczyciela dzisiaj jest pomoc w zdobywaniu solidnej wiedzy, rozwijaniu umiejętności uczniów, wprowadzaniu ich działalność twórcza, pomóż uczniowi się otworzyć, lepiej wykorzystaj jego potencjał twórczy. I co najważniejsze, zastosować zdobytą wiedzę w przyszłości, umieć nawigować nowoczesny świat. Dlatego wziąłem słowa wielkiego I.V. za motto lekcji. Goethe: „Samo poznanie to nie wszystko. Wiedzę trzeba umiejętnie wykorzystywać" W przyszłości uczeń będzie musiał rozwiązać wiele problemów, często z którymi się wiąże strona techniczna Dlatego w szkole pod okiem nauczyciela konieczne jest rozwijanie aktywnej niezależnej działalności, w wyniku której następuje mistrzostwo twórcze profesjonalna wiedza, umiejętności, zdolności i rozwój zdolności myślenia. Każdy z nas w swoim codziennym życiu nie raz spotykał się i stykał ze zjawiskami z jednej strony zwyczajnymi, ale z drugiej niesamowitymi, nie zastanawiając się w ogóle nad tym, jakie są wspaniałe. zjawiska fizyczne mamy do czynienia i nawet nie zastanawialiśmy się, jak je wyjaśnić!.( Slajd 2)

Nawet małe dzieci doskonale wiedzą, że wielkanocne ciasta i zamki można budować tylko z mokrego piasku. Suche ziarenka piasku nie sklejają się ze sobą. Ale ziarna piasku całkowicie zanurzone w wodzie również nie sklejają się ze sobą. Dlaczego nartowcy poruszają się tak łatwo po powierzchni wody? Dlaczego osy, ważki i niektóre owady z łatwością lądują i odlatują z powierzchni wody? Spróbujmy wyjaśnić te zjawiska.

Ale najpierw przeprowadźmy kilka eksperymentów. .

Doświadczenie nr 1 „Pływające spinacze do papieru”

Sprzęt szklanka czystej wody, kilka spinaczy, z których jeden jest lekko wygięty

Ćwiczenia . Weź jeden spinacz i delikatnie opuść go na powierzchnię wody, tak aby pozostał na powierzchni. (Najważniejsze, żeby zrobić to bardzo ostrożnie, nie naciskając szklanki z wodą. Jeżeli to się nie powiedzie, to połóż suchy spinacz na wyprostowanym i opuść go ponownie na powierzchnię wody, ostrożnie opuszczając ten ostatni. )

Eksperyment nr 2 „Kropla oleju”

Sprzęt:pipeta z olejem roślinnym, wykałaczką, detergentem.

Za pomocą pipety umieść kroplę olejku na powierzchni wody. Co zauważasz? Teraz dotknij końcówki wykałaczki zanurzonej w roztworze detergent, powierzchnia wody obok oleju, pośrodku. Co obserwujesz?

(Proponowana odpowiedź: olej najpierw zebrał się w kulkę, a potem plama zaczęła się przesuwać i rozprzestrzeniać)

Eksperyment nr 3 „Film mydlany”

Sprzęt:roztwór do dmuchnięcia bańki mydlanej, druciany kółko z rączką, wykałaczka nasączona roztworem mydła.

Zanurz pierścień w roztworze mydła i obserwuj warstwę mydła w odbitym świetle. Przebij pierścionek wykałaczką. Co zauważyłeś? (Proponowana odpowiedź: w pierścionku znajduje się cienka błonka, która po przekłuciu wykałaczką pozostaje)

Podsumujmy przeprowadzone eksperymenty.

Woda ma tę właściwość, że utrzymuje lekkie przedmioty na powierzchni, a po dodaniu roztworu mydła olej i film rozciągają się. (slajd 3)

Nauczyciel:

Eksperymenty wykazały, że woda ma niesamowitą właściwość - tworzenia „filmu”. naukowe wyjaśnienie Ten. Obecność swobodnej powierzchni w cieczy warunkuje istnienie specjalnych zjawisk zwanych zjawiskami powierzchniowymi. Powstają na skutek tego, że cząsteczki wewnątrz cieczy i cząsteczki na jej powierzchni znajdują się w różnych warunkach.( POKAŻ NA SLAJDZIE ) Na powierzchni wody jest mniej cząsteczek niż w środku. Dlatego „wewnętrzne” cząsteczki są ściągane w dół, rozciągając powierzchnię cieczy. W objętości cieczy cząsteczki są przyciągane zewsząd, siły przyciągania są zrównoważone. Ale na pozór napięcie pochodzi tylko z „dola”. Siły nie są zrównoważone, powierzchnia ciągnie się sama. I w przypadku braku sił zewnętrznych ciecz powinna mieć jak najmniejszą powierzchnię w stosunku do danej objętości i mieć kształt kuli. To właśnie odpowiada za kulisty kształt małych kropli i bąbelków.

    Rozwój.

Mamy już pierwszy pomysł na napięcie powierzchniowe, więc zacznijmy wypełniać tabelę (WYKRES WYKRESU)

Napięcie powierzchniowe

Zastosowanie napięcia powierzchniowego w życiu codziennym, medycynie...

Badania. A teraz nadszedł czas na przeprowadzenie badań, przeprowadzamy następujące eksperymenty.

Doświadczenie nr 4

„Co jest większe: napięcie powierzchniowe zimnej wody czy napięcie powierzchniowe gorącej wody?”

Wyznacz doświadczalnie, czy napięcie powierzchniowe wody zwiększa się, czy maleje w wyniku zmian jej temperatury.

Cel eksperymentu: wykazać, że napięcie powierzchniowe wody zależy od temperatury.

Materiały: wykałaczki, żelazny gwóźdź, lampka alkoholowa, szklanka czystej wody (żelazny gwóźdź, lampę alkoholową można zastąpić zapałkami).

Proces:

    Żelazny gwóźdź rozgrzej w lampie spirytusowej i przytrzymaj go blisko powierzchni wody pomiędzy dwiema wykałaczkami (lub polej gorącą wodą powierzchnię wody pomiędzy wykałaczkami).

    (Zapal zapałkę i umieść ją pomiędzy wykałaczkami)

Wyniki:

Doświadczenie nr 5

„Co jest większe: napięcie powierzchniowe czystej wody czy napięcie powierzchniowe roztworu mydła?”

Określ doświadczalnie, czy napięcie powierzchniowe wody zwiększa się, czy maleje w wyniku rozpuszczenia w niej mydła.

Cel eksperymentu: wykazać, że napięcie powierzchniowe czystej wody jest większe niż napięcie powierzchniowe roztworu mydła.

Materiały: trzy wykałaczki, płyn do mycia naczyń, miska czystej wody.

Proces:

    Połóż go na środku powierzchnia wody dwie wykałaczki tak, aby były obok siebie.

    Zanurz czubek trzeciej wykałaczki w płynie do mycia naczyń (uwaga: wystarczy niewielka ilość płynu)

    Zanurz czubek trzeciej wykałaczki w wodzie pomiędzy dwiema pozostałymi.

Wyniki: dwie wykałaczki są szybko usuwane od siebie. Wyjaśnij zaobserwowane zjawisko.

Doświadczenie nr 6

„Co jest większe: napięcie powierzchniowe czystej wody czy napięcie powierzchniowe roztworu cukru?”

Określ doświadczalnie, czy napięcie powierzchniowe wody zwiększa się, czy maleje w wyniku rozpuszczenia w niej cukru.

Cel eksperymentu: wykazać, że napięcie powierzchniowe czystej wody jest większe niż napięcie powierzchniowe roztworu cukru.

Materiały: wykałaczki, cukierki, miska czystej wody.

Proces:

    Umieść dwie wykałaczki na środku powierzchni wody, tak aby znajdowały się obok siebie.

    Namocz cukierek w czystej wodzie i zanurz go w wodzie pomiędzy dwiema wykałaczkami.

Wyniki: dwie wykałaczki są szybko usuwane od siebie. Wyjaśnij zaobserwowane zjawisko.

Wniosek.

Uczestnicy omawiają wyniki swoich eksperymentów i wykonują je wniosek ogólny To:

1. Obecność swobodnej powierzchni w cieczy warunkuje istnienie specjalnych zjawisk zwanych zjawiskami powierzchniowymi. Powstają na skutek tego, że cząsteczki wewnątrz cieczy i cząsteczki na jej powierzchni znajdują się w różnych warunkach.

2. Napięcie powierzchniowe zależy od rodzaju cieczy, jej temperatury i obecności zanieczyszczeń. Wraz ze wzrostem temperatury maleje i całkowicie zanika w temperaturze krytycznej, co prowadzi do zaniku granicy faz pomiędzy cieczą a jej nasyconą parą.

Nauczyciel: Po przeprowadzeniu eksperymentów zauważyliśmy, że we wszystkich przypadkach napięcie powierzchniowe maleje. Jak myślisz: czy można go zwiększyć? Spójrzmy na tabelę i wyciągnijmy wnioski.

.
Wniosek. Woda ma wysokie napięcie powierzchniowe, a największe ma tylko rtęć.

Przejawy sił napięcia powierzchniowego są tak różnorodne, że nie sposób ich wszystkich wymienić. Podam jeden przykład.

Cieśnina Gibraltarska łączy Morze Śródziemne z Oceanem Atlantyckim. Wody wydają się być oddzielone filmem i mają między sobą wyraźną granicę. Każdy z nich ma swoją temperaturę, własny skład soli, florę i faunę.

W 1967 roku niemieccy naukowcy odkryli fakt, że wody Morza Czerwonego i Oceanu Indyjskiego nie mieszają się. Idąc za przykładem swoich kolegów, Jacques Cousteau zaczął badać, czy wody Oceanu Atlantyckiego i Morza Śródziemnego mieszają się. Najpierw on i jego zespół zbadali wodę Morza Śródziemnego – jej naturalny poziom zasolenia, gęstość i występujące w niej formy życia. To samo zrobili na Oceanie Atlantyckim. Te dwie masy wody spotykają się w Cieśninie Gibraltarskiej od tysięcy lat i logiczne byłoby założenie, że te dwie ogromne masy wody powinny już dawno się zmieszać - ich zasolenie i gęstość powinny stać się takie same lub przynajmniej podobne . Ale nawet w miejscach, w których zbiegają się najbliżej, każdy z nich zachowuje swoje właściwości. Inaczej mówiąc, u zbiegu dwóch mas wody kurtyna wodna nie pozwoliła im się zmieszać! Wody Oceanu Atlantyckiego i Morza Śródziemnego nie mogą się zmieszać. Wielkość napięcia powierzchniowego zależy od różnych stopni gęstości woda morska, czynnik ten jest jak ściana, która zapobiega mieszaniu się wód. Chodzi tu o napięcie powierzchniowe: napięcie powierzchniowe to jeden z najważniejszych parametrów wody. Określa siłę adhezji pomiędzy cząsteczkami cieczy, a także kształt jej powierzchni na granicy z powietrzem.

Mocowanie ΙV.

Nauczyciel:Przeprowadźmy teraz eksperymenty wizualne , związane z napięciem powierzchniowym.

Doświadczenie nr 7 „Zaczarowany kubek niekapek”.

Masz małe monety (30-40 sztuk). Nalej pełną szklankę wody i przekonaj się: ile tych monet możesz wrzucić do szklanki wody, aż się rozleje? Teraz ostrożnie włóż jedną monetę do szklanki. Więc co? Ile pasuje? Jak zmienił się kształt powierzchniowej warstwy wody? Wyjaśnij dlaczego?

(Odpowiedź: Napięcie powierzchniowe gromadzi wodę. Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz, że menisk kontynuuje linię ścianek szkła, wznosząc się łukiem pośrodku.)

Nauczyciel: Dzisiaj dowiedzieliśmy się wiele o napięciu powierzchniowym, ponieważ temat naszego seminarium jest związany ze znaczącym czytaniem, zapoznamy się z niektórymi przydatna informacja. Podczas czytania sugeruję skorzystanie z technologii „Wstaw”, robiąc notatki na marginesach, aby móc następnie kontynuować wypełnianie kolumn tabeli.

Czytanie tekstu z notatkami:

+ Wiedziałem

- Nie wiedziałem tego

? Chciałbym wiedzieć więcej

! to mnie zaskoczyło

Napięcie powierzchniowe

Dlaczego bańka mydlana ma kształt kuli?

Od czego zależy napięcie powierzchniowe?

V . Modelowanie.

Dzisiaj próbowałem pokazać Wam, że za pomocą badań i prostych, wizualnych technik można nie tylko uformować system wiedzy fizycznej, umiejętności i zdolności na lekcjach fizyki, ale także udoskonalić działalność twórcza, dzwonić odsetki do przeprowadzania eksperymentów. Trzeba mu dać okazję do eksperymentowania i nie bać się błędów, zachęcaj uczniów do wyciągania wniosków i obrony swojego punktu widzenia.

V . Odbicie. Chciałem zakończyć lekcję kolejnym eksperymentem z napięciem powierzchniowym.

Doświadczenie nr 8 Eksplozja koloru na talerzu

Do eksperymentu potrzebne będą: talerz, pełne mleko, mydło w płynie, waciki i barwnik spożywczy w różnych kolorach. Plan pracy:

1. Do talerza wlej mleko.

2. Dodaj kilka kropli farby do mleka.

3. Zanurz dwa waciki w mydle w płynie i zanurz je w talerzu z mlekiem.

Wynik:Po dodaniu farby do mleka na powierzchni tworzą się piękne plamy farby. Po dodaniu mydła w płynie farba staje się prążkowana i tworzy nieoczekiwane wzory na powierzchni mleka.

Podsumowując, chcę powiedzieć słowami Nikołaja Ostrowskiego:

« Kreatywna praca- Ten

piękna, niezwykle ciężka

i niezwykle radosna praca.”

Literatura:

    Russkikh, G. A. Klasa mistrzowska - technologia przygotowania nauczycieli do kreatywności działalność zawodowa[Tekst] / G. A. Russkikh // Metodysta. – 2002

    Selevko, G.K. Alternatywny technologie edukacyjne[Tekst] / G. K. Selevko - M.: Instytut Badawczy Technologii Szkolnych, 2005. - 224 s.

    Sovetova, E. V. Efektywna technologie edukacyjne[Tekst] / E. V. Sovetova. – Rostów n/d: Phoenix, 2007. – 285 s.

    Churtowa, T.V. Formularze szkolenie zawodowe nauczyciele: kursy mistrzowskie[Tekst] / T. V. Khurtova - Wołgograd: Nauczyciel, 2008. – 76 s.