Tensiunea superficială - studopediya

Caracteristica cea mai interesantă este prezența suprafeței libere de lichid. Lichidele precum și solide, posedă o cantitate mare de elasticitate clorhidric-, adică Ele rezistă schimbării volumului lor, dar, cum ar fi gazele, nu au elasticitatea formei. Lichid, gaz, spre deosebire nu umple întregul volum al vasului în care este turnat. Suprafața lichidului în contact cu un alt mediu, de exemplu, cu forțe proprii, cu orice alt lichid sau solid (în special cu pereții vasului în care este conținut), sunt în condițiile speciale în comparație cu restul masei lichide.

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

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

În lichide forțe de atracție molecule din moleculele înconjurătoare situate la o distanță de ea de 10 -9 m (raza moleculară de acțiune). Aceste forțe au o valoare considerabilă, dar se desprinde rapid cu distanța, astfel încât de la distanță pot fi neglijate. Pe moleculă M1. dispus în interiorul fluidului (Fig. 2), acționează forțe din partea aceeași moleculă, iar rezultanta acestor forțe apropiate de zero.

Pentru moleculele M2 forțe rezultante sunt nenul și direcționată spre interior fluid perpendicular pe suprafața sa. Astfel, toate moleculele de lichid din stratul de suprafață, sunt trase în interiorul fluidului. Dar spațiul din interiorul fluidului folosite și alte molecule, prin urmare, creând un strat de suprafață pe presiunea lichidului (presiunea moleculară). Presiune moleculară este suficient de mare - aproximativ zece mii de atmosfere. Acest lucru explică compresibilitatea practic redus de lichide: valoarea presiunii externe chiar și câteva sute de atmosfere este doar un mic plus la presiunea internă.

Pentru a muta o moleculă M3. dispuse direct sub stratul de suprafață pe suprafață, este necesară efectuarea lucrului împotriva forțelor presiunii moleculare. Prin urmare, moleculele stratului de lichid de suprafață au un potențial mai mare de energie decât moleculele în lichid. Această energie se numește energie de suprafață.

Deoarece orice sistem de la stânga la sine, își propune să ia o poziție în care energia potențială este cea mai mică, lichidul găsește dorința de a reduce suprafața liberă. Stratul de suprafață a lichidului se comportă ca un film de cauciuc alungit, adică Totalul este de lucru pentru a reduce aria suprafeței sale la un nivel minim, este posibil pentru un volum dat. De exemplu, picătura de lichid în stare de imponderabilitate este sferic.

Proprietatea suprafeței lichidului de a contracta poate fi interpretat ca existența unor forțe care doresc să reducă această suprafață. Molecule M1 (fig. 3), situate pe suprafața lichidului, interacționează nu numai cu moleculele în lichid, dar, de asemenea, cu molecule de pe suprafața lichidului situată în sfera de acțiune moleculare. Pentru o moleculă M1 forțele moleculare rezultante dirijate de-a lungul suprafeței libere a unui lichid este egal cu zero, iar pentru molecula M2. situată la suprafața de delimitare a lichidului, și este direcționat de-a lungul normalei la limitele suprafeței libere și tangențial la suprafața lichidului.

Rezultanta forțelor care acționează asupra tuturor moleculelor din suprafața liberă a frontierei, și există o forță de tensiune de suprafață. În general, funcționează, astfel încât tinde să reducă suprafața lichidului.

Astfel, stratul de suprafață a lichidului este așa cum au fost întinse de film flexibil, care să acopere toate fluid și care tinde să-l colecteze într-o singură „picătură“. Un astfel de model (film stretch elastic) permite determinarea direcția forțelor de tensiune superficială. De exemplu, în cazul în care filmul este supus unor forțe exterioare este întinsă, forța de tensiune superficială va fi direcționată de-a lungul suprafeței lichidului de întindere. Cu toate acestea, această condiție este în mod substanțial diferită de tensiunea filmului din cauciuc elastic. Filmul elastic este întins prin creșterea distanței dintre particule, în care tensionarea forța crește, pelicula de lichid de tracțiune nu se schimbă distanța dintre particule și de a crește suprafața de lucru se realizează prin transferul de molecule dintr-o coloană de fluid la stratul de suprafață. Prin urmare, atunci când suprafața lichidului crește tensiunea de suprafață nu se schimbă (nu depinde de suprafață).

Mental izola o parte a suprafeței de fluid delimitată de o buclă închisă. Tendința acestui site la o reducere conduce la faptul că acesta acționează asupra zonelor limitrofe cu forțe distribuite de-a lungul circuitului. Aceste forțe sunt numite forțe de tensiune superficială. forța de tensiune superficială direcționată tangențial la suprafața lichidului perpendicular pe porțiunea de circuit pentru care acesta acționează (fig. 4).

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

Cu toate acestea, în afară de forțele interne între particule, din care cauza apărea și forțelor de tensiune de suprafață care acționează asupra fluidului, de obicei, de asemenea, forțe externe. Aceasta este, în primul rând, gravitatea și, pe de altă parte, forța de interacțiune a particulelor lichide cu particule solide, pereții vasului în care este conținut. Prin urmare, forma efectivă a care primește un fluid este definit de aceste trei forțe.

Să luăm în considerare în primul rând rolul de gravitate. Acesta este volumul de putere care acționează asupra întregului volum de lichid. Deoarece o schimbare a masei de fluid variază volumul său mai repede decât suprafața sa, o greutate suficient de mare de rolul forțelor de suprafață sunt foarte mici în comparație cu forțele volumetrice; energia de suprafață, în acest caz, este aproape irelevant și formă lichidă este determinată în principal de energie potențială datorită gravitației. lichid Gravity tinde să se verse și să ia forma unui strat subțire - aceasta corespunde la minimum a energiei potențiale în câmpul gravitațional.

Dar dacă într-un fel sau altul pentru a elimina sau a reduce în mod substanțial efectul gravitației, determinarea va avea forțe de tensiune de suprafață, chiar dacă acestea sunt mici. In astfel de cazuri, lichidul capătă o formă sferică.

astfel tensiunea superficială este dublu sens fizic - energie (termodinamic) și rezistență (mecanică). Putere (termodinamic) determinare: tensiunea superficială - este suprafața specifică de lucru prin creșterea stării sale de întindere de temperatură constantă. Forța (mecanică) determinare: tensiunea superficială - este forța pe unitatea de lungime a liniei care definește suprafața lichidului.

Suprafață forță de tracțiune direcționată tangențial la suprafața lichidului, perpendicular pe secțiunea conturului, pe care acționează și este proporțională cu lungimea acestei porțiuni.

Fenomenul poverhnostnogonatyazheniya Inutil poate fi definit pe scurt ca o dorință de lichid pentru a reduce suprafața lor liberă.

Manifestari tensiunii superficiale:

· Picăturii Weightless are o formă sferică (sferă are cea mai mică suprafață între toate corpurile de același volum).

· Jet de apă „se lipesc între ele“ într-un cilindru.

· Obiecte mici, cu o densitate mai mare decât densitatea lichidului, sunt în măsură să „plutească“ pe suprafața lichidului, din cauza forței de gravitatie mai mică decât forța care împiedică o creștere în spațiu de fluid.

· Unele insecte (de exemplu, Strider apă) sunt capabile să se deplaseze prin apă, ținând pe suprafața sa, datorită suprafeței forțelor de tensiune.

· Pe suprafețele menționate ca non-higroscopică, apă (sau alt lichid) este colectat în picaturii.