Медицинская физика / 1.06.ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ / Поверх Явления

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЯРОСЛАВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ И ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

Лекция

«Физика поверхностных явлений.»

Выполнил: студентка 1 курса 25 группы

лечебного факультета Речкина Ю.В.

Ярославль

2003 г

1. Система жидкость – газ и явления на её границе. Внутреннее давление.

Молекулы жидкости на поверхности самой жидкости испытывают межмолекулярное взаимодействие не такое как в глубине жидкости.

Результирующая всех сил притяжения, действующих на молекулу в глубине, равняется 0. На молекулу на поверхности жидкости действуют силы притяжения молекулы самой жидкости и силы притяжения со стороны молекул газа. Но силы взаимодействия со стороны молекул газа столь незначительны, что ими можно пренебречь. В результате результирующая всех сил, действующих на молекулу на поверхности не равна 0.

Разложим эти силы на две составляющие по вертикали и по горизонтали. Результирующая всех сил по вертикали направлена в глубь жидкости. Эта сила обуславливает давление, которое называется внутренним или молекулярным. Эта сила внутримолекулярного давления уравновешивается силами отталкивания со стороны нелетучих молекул.

2. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения.

Разложим силы f₁ u f₂ на горизонтальную составляющую. Результирующая всех сил по горизонтали, направлены в разные стороны от молекулы называются силами поверхностного натяжения.

F_п.н.=∑f

Касательные силы – силы поверхностного натяжения – сумма составляющих сил вдоль горизонтальной оси.

Поверхностное натяжение характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения.

σ= F_п.н/l [н/м]

Численно равна силе поверхностного натяжения, приходящегося на единицу линии контура, ограничивающегося свободной поверхность жидкости.

Длина контура – это линия соприкосновения жидкости со стенками сосуда.

L=2πR (для цилиндра – окружности l)

С энергетической точки зрения коэффициент поверхностного натяжения будет равен

σ=∆F/∆S [Дж/м²]

приращению энергии поверхностного слоя при изменении площади на ∆S. При увеличении S увеличивается энергия поверхностного натяжения.

Силы поверхностного натяжения всегда действуют вдоль поверхности, если эта поверхность искривленная. Эта сила всегда перпендикулярна к линии контура, ограничивающего поверхность.

3. Явления на границе раздела твердого тела и жидкости. Краевой угол.

Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, то в этом случае молекулы жидкости как бы приподнимаются по стенкам твердого тела в результате чего происходит искривление. Поверхность жидкости принимает вогнутую поверхность. Это явление поднятие жидкости у стенок носит название смачивание, а сама жидкость смачивается.

Вогнутая форма поверхности жидкости у стенок носит название вогнутого мениска.

Если же силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, то в этом случае молекула как бы опускается по стенке сосуда вниз. В результате образуется выпуклая форма поверхности – выпуклый мениск.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, от температуры, от поверхностно-активных веществ.

Краевым углом называют угол между поверхностью твердого тела и касательной, приведенной к поверхности жидкости в соприкосновение жидкости с твердым телом.

4. Добавочное давление. Формула Ла-Пласа. Капиллярность.

Добавочное давление всегда возникает под кривой поверхностью жидкости, под плоской поверхностью добавочное давление всегда равно 0. Добавочное давление вызывается силами поверхностного натяжения и бывает «+», если это давление направлено из жидкости в газ. Если давление направлено в глубь жидкости, то оно считается «-».

Р под кривой поверхностью сферического вогнутого мениска у смачивающейся жидкости скидывается за вычетом добавочного давления.

Р_{под крив.пов.}=Р_сенем.-ΔР

Р=Н_ам-ΔР

Если жидкость не смачивается по R поверхностного натяжения вниз. Эта сила вызывает добавочное давление, которое складывается с внешним давлением и не позволяет жидкости подняться до уровня поверхности в широком сосуде.

Узкий сосуд или щель малого диаметра меньше мм называется капилляром.

Капиллярность – это явление поднятия или опускания жидкости относительно свободной поверхности капилляра.

Формула Ла-Пласа

Добавочное давление численно равно результирующих всех сил поверхностного натяжения, приходящегося на единицу площади свободной поверхности.

Формула Ла-Пласа для идеального смачивания в цилиндрических капиллярах.