5. Матеріали для опрацювання тем.
Тема 1. Властивості рідин. Поверхневий натяг рідин. Розв’язування задач.
1.Повторити основні положення МКТ, таблицю «МКТ пояснює властивості тіл».
2. Опрацювати ( прочитати, розібрати) теоретичний матеріал
3. Дати у зошиті відповіді на контрольні запитання. Вміти відповідати на дані запитання усно.
5. У зошиті розв’язати задачі для самостійного опрацювання.
Теоретичний матеріал
Рідина – агрегатний стан речовини, який по своїм властивостям займає проміжне положення між газом і твердим тілом. Тобто,
Молекули у рідині розташовані на відстанях менших, ніж у газах, але більших, ніж у твердих тілах; отже, рідкий стан речовини характеризується щільною упаковкою молекул.
Порядок у розміщенні частинок рідини зберігається на невеликих відстанях, тобто у рідинах існує ближній порядок у розташуванні молекул. Такий стан рідини називають квазікристалічним;
Взаємодія між молекулами сильна;
Молекули здійснюють коливальний рух, але можуть перескакувати з одного положення рівноваги в інше.
Рідина зберігає об’єм ( бо відстані між молекулами рідини менші радіуса молекулярної взаємодії), але не зберігає форму (набирає форму посудини, в яку вона налита), тобто має властивості текучості;
Молекули рідини коливаються навколо тимчасового положення рівноваги ≈ 10-12 – 10-10 с, названим часом осілого життя молекул;
На межі з газом або парою рідина утворює вільну поверхню
Проаналізуємо стан на поверхні рідини:
На
молекулу, що знаходиться всередині
рідини, з усіх сторін діють такі ж молекули рідини і рівнодійна цих сил
Fp
#
0
дорівнює
нулю.
На поверхні поділу рідини і її насичую-
чої пари виникає сила, зумовлена різною
молекулярною взаємодією суміжних сере-
Рис. 1.1 довищ. В результаті рівнодійна всіх сил
молекулярної дії напрямлена всередину рідини. Такі сили діють на кожну із молекул, що знаходяться в поверхневому шарі, і прагнуть їх втягнути всередину рідини.
В результаті цього поверхневий шар стає збіднений молекулами, тому він знаходиться у стані своєрідного натягу, який і отримав назву поверхневий натяг.
Сили, які діють у горизонтальній площині, стягуючи поверхню рідини, називаються силами поверхневого натягу.
З енергетичної точки зору: молекули в поверхневому шарі володіють надлишковою потенційною енергією у порівнянні з молекулами всередині рідини. Тому із цього шару прагне піти всередину рідини якомога більше молекул. В результаті цього рідина завжди приймає таку форму, при якій її вільна поверхня стає найменшою в даних умовах.
А
С А С
В
D
В D
Рис. 1.2
З математики відомо, що при заданому об’ємі найменшу поверхню має куля, тому мильні бульбашки і приймають кулеподібну форму.
Якщо взяти суміш води і спирту і помістити в неї краплю рідкого масла, то в якийсь момент сила тяжіння урівноважиться силою Архімеда і утворюється масляний шар, що буде перебувати всередині суміші у зваженому стані. Цю кулю від розльоту на молекули утримує сила поверхневого натягу.
Рис. 1.3
Цей дослід називається дослідом Плато.
До речі, в стані невагомості будь-який об’єм рідини теж має форму кулі.
Поверхневі
властивості рідини можна охарактеризувати
відношенням роботи
сил поверхневого натягу до зміни площі
вільної поверхні
.
(1.1);
[ σ
]
=
Відомо,
що здійснена робота є мірою зміни
енергії, в даному випадку – поверхневої
енергії,
тобто
(1.2)
Рівняння (1.2) називається коефіцієнтом поверхневого натягу або питомою поверхневою енергією.
Оскільки на одиницю вільної поверхні діє сила поверхневого натягу, тоді:
(1.3)
,
бо (
)
З рівнянь (1.1), (1.3) випливає, що