Поверхностное натяжение.

Это напряженное состояние поверхностного слоя жидкости, вызванное силами взаимодействия между молекулами, находящимися в верхнем слое жидкости.

рис.19

Сила поверхностного натяжения – горизонтальная составляющая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся в поверхностном слое жидкости.

Рассмотрим молекулу жидкости, находящуюся в поверхностном слое, и другую молекулу, которая находится внутри объема жидкости(рис.19). Равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся внутри объема жидкости, равна нулю, так как эта молекула со всех сторон окружена такими же молекулами, и между ними действуют силы взаимного притяжения. А равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся в поверхностном слое жидкости, не равна нулю и направлена внутрь объема жидкости. Это объясняется тем, что сверху молекула поверхностного слоя жидкости окружена молекулами воздуха, расстояние между которыми значительно больше чем расстояние между молекулами жидкости, а значит и силы притяжения между молекулами воздуха и жидкости меньше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, которыми рассматриваемая молекула окружена снизу. Поэтому каждая молекула поверхностного слоя жидкости втягивается внутрь объема жидкости, и, таким образом, на поверхности создается особый слой молекул, находящийся в напряженном состоянии.

Пленка поверхностного натяжения всегда стремится сократить площадь поверхности.

- коэффициент поверхностного натяжения

- длина контура, ограничивающего поверхность жидкости

Поверхностно активные вещества

Существуют такие вещества, называемые поверхностно активными, которые могут изменять коэффициент поверхностного натяжения жидкостей. К таким веществам относятся, например, мыло, которое уменьшает коэффициент поверхностного натяжения воды. Также по отношению к воде поверхностно активными являются нефть, спирт, эфир и многие другие жидкие и твердые вещества.

1.2. Жидкость в капиллярах.

Капиллярные явления. Капиллярами называют сосуды с маленьким поперечным сечением (внутренний диаметр меньше 1мм). Важная особенность капилляров заключается в том, что поверхность жидкости в них искривлена за счет смачивания и несмачивания.

Искривленная форма поверхности жидкости в капиллярной трубке носит название мениска.

Мениск в зависимости от смачивания несмачивания бывает соответственно:

вогнутым и выпуклым

Изогнутость поверхности жидкости в капилляре обусловлена поверхностным натяжением.

смачивание несмачивание

рис.20

Под искривленной поверхностью жидкости в капилляре действует добавочное давление, обусловленное поверхностным натяжением. Добавочное давление стремится сделать изогнутую поверхность жидкости плоской.

Кроме того, действует гидравлическое или нормальное давление – давление жидкости на дно сосуда. Нормальное давление направлено всегда вниз, к дну сосуда. А дополнительное давление при смачивании направлено вверх. Поэтому в капиллярной трубке при смачивании гидравлическое давление меньше на величину . И, чтобы скомпенсировать действие дополнительного давления, жидкость в капилляре поднимается на определенную высоту (рис.20). При несмачивании дополнительное давление направлено вниз и совпадает с гидравлическим. Поэтому это давление больше на величину. Не смачиваемая жидкость опускается в капилляре на некоторую высоту, чтобы скомпенсировать действие добавочного давления. Высота поднятия смачивающей жидкости в капилляре определяется по формуле:

Борелли-Жюрена

Высота зависит от поверхности натяжения, от рода жидкости, от радиуса капилляра.

Добавочное давление под искривленной поверхностью жидкости определяется по формуле Лапласса.

и - радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных сечений поверхности жидкости.

Если поверхность жидкости имеет сферическую форму, то формула Лапласа принимает вид:

Дополнительное давление под искривленной поверхностью жидкости прямо пропорционально коэффициенту поверхностного натяжения жидкости и обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности жидкости.