2. Властивості рідин. Поверхневий натяг.

У рідині розташування молекул не безладне: в більшості рідин є ближній порядок, а в деяких — навіть дальній. Частинки здійснюють коливальний рух поблизу положень рівноваги та перескакують з місці на місце, оскільки положення рівноваги легко змінюються. З цим пов’язана здатність рідини зберігати об’єм і легко змінювати форму.

Різновиди упорядкованості (на прикладах пари, води і льоду)

Кожну молекулу води оточують 5-6 сусідів, розташованих в основному у вершинах неправильного п'ятикутника. Поблизу іншої молекули су­сіди також утворюють п'ятикутник, але іншої форми (б). Порядок у розташуванні молекул речовини, який зберігається тільки поблизу даної молекули називається ближнім порядком.

У твердих тілах (у монокристалах) упорядкованість — у межах всієї речовини, тобто дальній порядок (в).

На молекули рідини у поверхне­вому шарі діють їх сусіди резуль­туючими силами R , які тягнуть молекули всередину рідини. У результаті рідина на межі з по­вітрям приймає форму з мінімаль­ною поверхнею (сферичну).

Молекули поверхневого шару створюють поверхневий тиск. Для зміни площі поверхні рідини потрібно виконати роботу, пропорційну зміні цієї площі

σ — коефіцієнт поверхневого натягу, характеризуючий зв'язки між її молекулами. Він чисельно дорівнює роботі, яку потрібно виконати для зміни площі поверхні рідини на одиницю.

При збільшенні площі вільної поверхні рідини виникають сили, що намагаються її скоротити. Ці сили називаються силами поверхневого натягу, виникають на вільній поверхні рідини та напрямлені по дотичних до поверхні.

Нитяна петля після занурення у мильний розчин натягується по колу, що охоплює круг мильної плівки. Вздовж кола 1 розташовано більше молекул рідини, ніж вздовж 2, і сумарна сила їх взаємодії (сила натягу Р_н) більша:

Домішки, що впливають на силу поверхневого натягу, називаються поверхнево-активними речовинами (ПАР). Вони можуть зменшувати (мило) або збільшувати (сіль) коефіцієнти поверхневого натягу речовин.

3. Явища змочування та незмочування. Капілярні явища.

На границі розділу рідини, її пари та твердого тіла спостерігаються явища змочування та незмочування.

Молекула О межує і з твердим тілом, і з повітрям. Результуюча сила, що діє на молекулу, залежить від властивостей рідини, тіла і повітря, а також від фор­ми рідини у точці О, — від кута між по­верхнею твердого тіла і дотичною до рідини в точці О. Цей кут υ називають крайовим.

Якщо υ < 90°, рідина змочує тверде тіло,

якщо υ > 90°, рідина незмочуюча.

Якщо поверхня рідини викривлена, то виникають сили, що намагаються її скоротити. При цьому виникає додатковий тиск, що залежить від кривизни поверхні та коефіцієнта поверхневого натягу. Такий тиск називають лапласовим. Для двох взаємно перпендикулярних перерізів викривленої поверхні рідини з коефіцієнтом поверхневого натягу σ та радіусами кривизни R₁ та R₂ додатковий тиск

Додатковий тиск зумовлює зміну рівнів рідини у вузьких трубках, які називаються капілярами. Змочуюча скляні стінки капіляра рідина підіймається в капілярі на висоту Н і підіймається біля зовнішніх стінок, утво­рюючи увігнутий меніск (грец. — півмі­сяць). Незмочуюча рідина опускається в капіляр і відходить від зовнішніх стінок, меніск при цьому опуклий. З умови врівноваження гідростатичного тиску лапласовим тиском та повного змочування маємо:

, звідки

У випадку часткового змочування радіус кривизни меніска , отже: