Лекція № 3

Тема: Рідкий стан: поверхневий натяг, методи визначення, в’язкість, формули Ньютона і Пуазейля. Твердий стан.

Мета: Вивчити властивості рідини, навчитися визначати поверхневий натяг та в’язкість, встановити залежність поверхневого натягу та в’язкості від концентрації та температури.

Рідкий стан речовини. Поверхневий натяг, в'язкість.

Рідкий стан речовини характеризується більшими силами когезії і малою кінетичною енергією у порівнянні з газоподібними станами речовини.

Усі властивості рідини характеризуються об'ємом самих молекул. Рідини мають свій постійний об'єм, форми постійної вони не мають, цим вони схожі з газом. Також вони схожі з газом та твердим станом, так як займають проміжний стан між ними, рух молекул в рідині поступово-коливальний. Спільність з твердими тілами - пружність.

Рідини текучі, як гази і пружні, як тверді тіла. Рідини, як і тверді тіла, відносять до конденсованих систем.

Молекули, об'єднані у групи, називають асоціатами, а такі рідини -асоційованими.

Властивості рідини:

1) поверхневий натяг;

2) в'язкість.

Поверхневий натяг - поверхнева енергія, віднесена до одиниці площі. Поверхневий натяг визначають за формулою:

 = G/S (Н/м²)

де,  - поверхневий натяг

G - поверхнева енергія

S - площа поверхні

При збільшенні поверхні деяке число молекул переходить з середини на поверхню. Цей процес вимагає затрати зовнішньої роботи.

Поверхнева енергія - робота, витрачена на збільшення площі поверхні рідини, переходить у потенційну енергію молекул поверхневого шару.

Методи визначення поверхневого натягу:

1) Метод рахування краплин.

Прилад називають сталагмометр (піпетка). Сталагмометром визначають відносний поверхневий натяг (відносно води).

Визначають відносний поверхневий натяг за формулою:

G =

де, G_o – поверхневий натяг води

G – поверхневий натяг досліджуємої речовини

_o – густина води

 - густина досліджуємої рідини

n_o –число крапель води

n- число крапель досліджуємої рідини

2. По масі краплини, відірваної від кінця капіляру.

3. По висоті піднятої рідини у капілярі

4. По найбільшому тиску, який необхідно дати пузирку газу, для того, щоб він увійшов у рідину.

В'язкість має велике практичне значення, оскільки треба обов'язково знати в'язкість при розрахунку перетину труб, по яким буде текти рідина. По в'язкості переконуються у готовності напівфабрикату (шоколадної маси, тіста).

В'язкість визначається за формулою Пуазейля:

 = (Па с)

де, r – радіус капіляра, м

l – довжина капіляра, м

V – об’єм витікаючої рідини, м³

P – тиск, під яким рідина тече через капіляр, Па

 - час протікання, с

На практиці замість абсолютного значення в’язкості знаходять відносну в’язкість (наприклад відносно води) по формулі:

 =  (Па с)

де,  - в’язкість досліджуваної речовини, Па  с

 - в’язкість води, Па  с

, - густина води і досліджованої рідини, кг/м³

, - час витікання води і досліджуваної речовини, с

Для визначення одиниць вимірювання в'язкості використовують формулу Ньютона, який доказав, що між шарами існує сила, яка намагається зрівняти швидкості руху шарів.

F= dv/dx ∙S

де, dx/dv – градієнт швидкості

S – площа шарів, які труться

 - коефіцієнт внутрішнього тертя

 = Fdx / Sdv