8.Поверхностное натяжение.

Молекулы, находящиеся в глубине жидкости, окружены молекулами жидкости со всех сторон и их действия на эти молекулы взаимно уравновешиваются. У молекул, находящихся в поверхностном слое жидкости, на границе с газообразной средой, слабое взаимодействие с молекулами пара или воздуха над жидкостью. Им можно пренебречь. Это придает поверхностному слою жидкости (толщиной, равной радиусу сферы молекулярного взаимодействия) специфические особенности. На каждую молекулу в поверхностном слое со стороны окружающих ее молекул жидкости действуют силы по двум направлениям: вдоль (по касательной) и перпендикулярно (нормально) к поверхности жидкости. Нормальные составляющие, складываясь между собой, приводят к возникновению силы, направленной перпендикулярно поверхностному слою, в глубь жидкости. Давление молекул поверхностного слоя на соседний, расположенный ниже, слой молекул жидкости получил название молекулярного давления. Силы молекулярного давления действуют только на молекулы самой жидкости и не действуют на тело, погруженное в жидкость. Касательные составляющие молекулярных сил направлены вдоль поверхностного слоя, они сближают молекулы поверхностного слоя, и поверхностный слой оказывается в состоянии напряжения. Они получили название сил поверхностного натяжения.

Поверхностным натяжением называется величина, измеряемая отношением силы поверхностного натяжение к длине отрезка, на который действует эта сила.

Поверхностное натяжение может быть определено так же отношением работы, затраченной на создание некоторой поверхности жидкости при постоянной температуре к площади этой поверхности.

.

Поверхностное натяжение биологических жидкостей в некоторых случаях может служить диагностическим фактором. Так, например, при заболевании желтухой поверхностное натяжение мочи резко уменьшается вследствие появления моче желчных кислот. При диабете и некоторых других заболеваниях повышается содержание липазы в крови. О содержании липазы судят по изменению поверхностного натяжения раствора трибутилена при добавлении в него крови. Для определения поверхностного натяжения в медицинской практике пользуются методом отрыва капель. При медленном истечении жидкости из отверстия или из вертикальной трубки образуется капля.

В момент отрыва капли сила F =2πδr поверхностного натяжения равна силе тяжести Q=mg=ρυgкапли (r - радиус шейки капли, - плотность жидкости, V - объем капли), 2πrδ= ρgυ. Отсюда

δ= ρVg/2π (l)

Измерить радиус шейки практически нельзя (это можно сделать только при фотографировании капли в момент отрыва), поэтому используя метод отрыва капель, прибегают к сравнительному способу. Если известно поверхностное натяжение стандартной жидкости, например воды, то формулу (1) можно записать.

δ₀=ρ₀V₀g /2π (2)

Взять одинаковые объемы воды и исследуемой жидкости V, и подсчитав количество капель в этих объемах можно вычислить объем одной капли.

V₀= V₁/n_0(воды),V= V₁/n_{(исследуемой жидкости)}

Подставив эти выражения соответственно в формулу (1) и (2) и взяв их отношение, получим

δ/ δ₀= ρn₀/ ρ₀n (3) или δ= δ₀ρn₀/ ρ₀n (4)

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости и от температуры (уменьшается при ее повышении), но не зависит от величины или формы поверхности . Единицы его измерения в СИ – Н/м, в системе СГС - дин/см.