13

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

С.М. РАЗИНОВА, В.Г. СИДОРОВ

Молекулярная физика определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу отрыва кольца

Методические указания к лабораторной работе №22

Утверждено в качестве методического пособия

Редакционно-издательским советом МГУДТ

МГУДТ 2004

УДК [001:53]

Р-22

Куратор РИС Козлов А.С.

Работа рассмотрена на заседании кафедры физики и рекомендована к печати.

Заведующий кафедрой Шапкарин И.П.

Авторы: Разинова С.М., доц.

Сидоров В.Г., доц. к.т.н.

Рецензент: доц. Родэ С.В., к.ф.-м.н.

Р-22 Разинова С.М. Молекулярная физика. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу отрыва кольца: методические указания к лабораторной работе №22/ Разинова С.М., Сидоров В.Г. - М.: ИИЦ МГУДТ, 2004 – 12 стр.

Методические указания к выполнению лабораторной работы №22 по теме «Молекулярная физика. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу отрыва кольца» содержит теоретический раздел, посвященный строению жидкостей, свойствам поверхностного слоя жидкости, поверхностному натяжению, а также описание установки и принципа измерений, порядок выполнения работы, контрольные вопросы для допуска и защиты лабораторной работы.

Предназначен для студентов специальностей: 06.08, 17.07, 21.02, 22.03, 25.06, 25.08, 25.09, 28.10, 28.11, 28.12, 33.02.

УДК[001:53]

© Московский государственный университет

дизайна и технологии, 2004

Лабораторная работа №22

“ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ ОТРЫВА КОЛЬЦА”

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с теоретическими основами явления поверхностного натяжения и определение коэффициента поверхностного натяжения для воды.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: измерительный прибор, набор разновесов, сосуд с исследуемой жидкостью, штангенциркуль.

Введение

1. Строение жидкостей. Свойства поверхностного слоя жидкости.

Жидкое состояние вещества занимает промежуточное положение между газами и кристаллами. Согласно теории Я.И. Френкеля, тепловое движение в жидкости имеет следующий .характер. Каждая молекула в течение некоторого времени колеблется около определенного положения равновесия. Время от времени происходит скачкообразное перемещение в новое положение, отстоящее от предыдущего на расстояние порядка размеров самой молекулы. Происходит медленное перемещение молекулы внутри жидкости. Средняя длительность колебания молекулы около одного и того же положения равновесия оказывается у каждой жидкости определенной величиной, которая резко убывает при повышении температуры. В связи с этим возрастает подвижность молекул, а значит и уменьшается вязкость жидкости. Молекулы жидкости располагаются настолько близко друг к другу, что силы притяжения между ними значительна. Т.к. взаимодействие быстро убывает с расстоянием, то на некотором расстоянии силами взаимодействия можно пренебречь. Это расстояние r называется РАДИУСОМ МОЛЕКУЛЯРНОГО ДЕЙСТВИЯ, а сфера радиуса r называется СФЕРОЙ МОЛЕКУЛЯРНОГО ДЕЙСТВИЯ. Радиус молекулярного действия имеет размер порядка 10^-7 см.

Каждая молекула жидкости испытывает притяжение со стороны: всех молекул, находящихся в пределах сфер молекулярного действия (рис. 1). Очевидно, что молекулы, находящиеся на поверхности, или в жидкости на глубине меньшей радиуса молекулярного действия (В₁, В₂) находятся в несколько другом положении, чем молекулы в глубине жидкости (А). Молекула А взаимодействует со всеми молекулами жидкости, заполняющими сферу ее молекулярного действия, и при условии, что плотность жидкости по всему объему одинакова, равнодействующая сил притяжения со стороны соседних молекул равна нулю.

Иначе обстоит дело с молекулами В₁ и В₂. Так как часть сферы молекулярного действия заполнена газом или паром жидкости, плотность молекул которых во много раз меньше плотности жидкости, то сила притяжения со стороны этих молекул незначительна. Тогда равнодействующая сил молекулярного притяжения будет отлична от нуля и направлена вглубь жидкости перпендикулярно ее поверхности. Наибольшая равнодействующая приложена к молекулам на поверхности жидкости (молекула В₁).

Для того, чтобы дать анализ сил, действующих в поверхностном слое, разложим каждую силу притяжения со стороны соседней молекулы (рис. 2.) на две составляющие - вдоль поверхности жидкости и перпендикулярно поверхности. На рис. 2. показано разложение сил взаимодействия двух произвольно выбранных молекул 1 и 2 с молекулой В.

Составляющие сил, направленные вдоль поверхности являются СИЛАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ, а сумма составляющих, направленных внутрь жидкости - СИЛОЙ МОЛЕКУЛЯРНОГО ИЛИ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ.

Таким образом, мы видим, что поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами, которые будут описаны в следующих параграфах.