Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
98
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
334.85 Кб
Скачать

Заняття 20 Капілярні явища

Мета: ознайомитися з капілярними явищами, явищами змочування і незмочування рідиною, з властивостями поверхні рідини, дати поняття поверхневого натягнення рідини, крайового кута капіляра; прищепити студентам навики рішення задач з урахуванням явища змочування і капілярності

  1. Властивості поверхневого шару рідини.

  2. Сила поверхневого натягнення. Тиск Лапласа.

  3. Змочування і незмочування. Крайовий кут.

  4. Явище змочування і капілярності в живій природі і техніці.

Ключові слова: поверхневе натягнення рідини, коефіцієнт поверхневого натягнення, тиск Лапласа, явище змочування, крайовий кут, повне змочування і повне незмочування, капілярність, підняття рідини по капіляру.

Теоретичні відомості

Властивості поверхневого шару рідини

Гази порівняно легко стискаються, а рідини практично нестискувані. Так для зменшення об'єму води на 1 % потрібен тиск близько 20 МПа.

Спеціально поставлені експерименти показали, що в рідинах поблизу кожної молекули інші молекули розташовуються в певному порядку. Проте в масштабі великих областей порядку в розташуванні молекул вже немає. Тому говорять, що в розташуванні молекул рідини є ближній порядок і відсутній дальній порядок. До теперішнього часу закінченої теорії рідкого стану речовини не створено, хоча багато проблем вже розв'язано.

Кожна молекула протягом деякого часу хаотично коливається біля певного положення рівноваги. Час від часу молекула міняє місце рівноваги, переміщаючись стрибком в нове положення, віддалене від попереднього на відстані порядку розмірів самих молекул. Таким чином, молекули лише поволі переміщаються усередині рідини, перебуваючи частину часу біля певних місць.

Необхідно звернути увагу ще на одну істотну відмінність рідкого стану речовини від його газоподібного стану. В газах кінетична енергія молекул значно більше їх потенційної енергії, а в рідинах кінетична енергія молекул приблизно дорівнює їх потенційній енергії.

Найхарактернішою властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню. На кожну молекулу рідини діють сили тяжіння до навколишніх її молекул, видалених від неї на відстань порядку 10~9 м.

Розглянемо молекулу М1, розташовану усередині рідини, налитої в судину (див. мал.). З усіх боків цю молекулу оточують такі ж молекули, і сили тяжіння виділеної молекули до її сусідів врівноважуються.

Виділимо в думках молекулу М2, що знаходиться на поверхні рідини. Результуюча сила тяжіння цієї молекули до молекул пари менше результуючої сили її тяжіння до молекул рідини. Завдяки цьому з'являється рівнодіюча сила, спрямована всередину рідини. Те ж можна сказати про всі молекули рідини, що знаходяться в поверхневому шарі, товщина якого дорівнює радіусу дії молекулярних сил. Поверхневий шар тисне на молекули, що знаходяться всередині рідині. В цьому відношенні він нагадує оболонку дитячої повітряної кулі.

Щоб перемістити молекулу М3, розташовану безпосередньо під поверхневим шаром, необхідно виконати роботу проти сил молекулярного тиску. Отже, молекули, що створюють поверхневий шар рідини, володіють додатковою потенційною енергією в порівнянні з молекулами, що знаходяться усередині рідини.

Вивчаючи основи механіки, ви взнали, що будь-яка механічна система, будучи надана самої собі, прагне зайняти таке положення, в якому її потенційна енергія якнайменша. Помічена в механіці закономірність дотримується і в молекулярній фізиці. Так, в тих випадках, коли рідина знаходиться у вільному стані і не взаємодіє з опорою або судиною (наприклад, в кабіні штучного супутника Землі), вона приймає форму кулі. Це пояснюється тим, що для заданого об'єму рідини кульова поверхня якнайменша. Рідина приймає кульову поверхню тому, що в цьому випадку потенційна енергія її поверхневого шару якнайменша.

Змочування і незмочування. Крайовий кут

Розглянемо рядок явищ в поверхневому шарі рідини на межі з твердим тілом. Повсякденний досвід переконує, що крапля води розтікається по чистій поверхні столу, але не розтікається на жирній поверхні і має форму майже правильної кульки. В першому випадку говорять, що вода змочує поверхню, а в другому - не змочує. Явище змочування і незмочування найяскравіший приклад прояву сил взаємодії між рідиною і твердим тілом.

У першому випадку сила взаємодії молекул рідини один з одним менше сил взаємодії з молекулами твердого тіла. Під дією останніх (а також під дією сили тяжіння) рідина розтікається по поверхні твердого тіла. В другому випадку навпаки: сила тяжіння молекул рідини один до одного більше сили взаємодії з молекулами твердого тіла і, як наслідок, рідину приймає форму, близьку до кулястої. Сплюснутость крапельки рідини - результат дії сил тяжіння і взаємодії молекул рідини з молекулами твердого тіла. Мірою змочування є кут  між змочуваною поверхнею і дотичною до поверхні рідини. Цей кут називають кутом змочування або крайовим кутом.

Явище змочування і незмочування має виключно важливе значення в побуті і техніці. Якби вода не змочувала поверхню нашого тіла, був би даремний душ, купання, а процес умивання був би можливий тільки з миючими речовинами. Хороше змочування необхідно забезпечити, наприклад, при фарбуванні і пранні, при паянні, лудінні і інших технологічних процесах. Навпаки, при споруді гідроізоляційних пристроїв необхідні речовини, не змочувані водою.

Якщо рідину налити в судину, виготовлену з матеріалу, який рідиною змочується, то поверхня рідини біля стінок судини викривляється. Частина рідини підіймається по стінці судини (мал. а). Це відбувається тому, що сили взаємодії молекул рідини із стінками судини більше сил взаємодії молекул рідини між собою.

Якщо рідину налити в судину, матеріал якої не змочується рідиною, її поверхня біля стінок буде такою ж, як показано на малюнку б.

Викривлену поверхню рідини поблизу межі її зіткнення з твердим тілом називають меніском (від грецького слова "меніськос" - півмісяць).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке тема 4 молекулярна фізика