Список літератури

1. Чулановская М.В. Курс физики для биологов. - Л., 1972.- Ч. 1.

2. Загальна фізика. Лабораторний практикум / За ред. І.Т.Горбачука.- K., 1992.

Лабораторна робота № 12 визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин методом краплин

Мата роботи: освоїти метод краплин і визначити коефіцієнт поверхневого натягу даної рідини.

Прилади та матеріали: бюретка з рідиною, мікроскоп “МИР-1м”, терези із гирками, хімічні склянки.

Теоретичні відомості

Поверхня рідини, що межує з її власною парою, перебуває в особливих умовах порівняно з усією іншою масою рідини.

Молекули граничного шару рідини, на відміну від молекул на її глибині, оточені молекулами цієї самої рідини не з усіх боків. Частина "сусідів" поверхневих молекул - це частинки іншого середовища, з яким рідина межує. Тому сили, що діють на кожну молекулу в цьому шарі, будуть незрівноважені: є якась рівнодіюча сила, спрямована або в бік об'єму рідини, або в бік середовища, що межує з нею. Внаслідок цього переміщення молекул з поверхневого шару вглиб рідини, або середовища, з яким вона межує, супроводжується виконанням роботи. Величина і знак цієї роботи залежить від співвідношення між силами взаємодії молекул поверхневого шару зі “своїми” молекулами і з молекулами іншого середовища.

Коли рідина межує зі своєю власною парою, сила, якої зазнають молекули, поверхневого шару, спрямована всередину рідини.

Отже, перемішуючись з поверхневого шару всередину рідини, молекула виконує позитивну роботу. Навпаки, перехід молекул з об'єму рідини до поверхневого шару супроводжується негативною роботою, тобто потребує затрати зовнішньої роботи. Таким чином, молекули у поверхневому шарі рідини мають певну потенціальну енергію.

Щоб збільшити площу поверхні рідини, необхідно вивести на поверхню додаткову кількість молекул. Відповідно зросте потенціальна енергія поверхневого шару. Для цього треба витратити зовнішню роботу.

Якщо при сталій температурі змінити поверхню рідини на нескінченно малу величину dS, то необхідна для цього робота дорівнює:

, (1)

де - коефіцієнт поверхневого натягу рідини. Коефіцієнт є основною величиною, що характеризує властивості поверхні рідини.

Знак мінус вказує на те, що збільшення поверхні потребує витрати зовнішньої роботи (негативна робота).

Отже, коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється роботою, необхідною для збільшення поверхні рідини при сталій температурі на 1 см².

У системі СІ має розмірність Дж/м². Як було вже зазначено, зміна поверхні викликає зміну потенціальної енергії молекул повехневого шару, тобто

(2)

але згідно з (1) зміна потенціальної енергії супроводжується роботою

(3)

Оскільки поверхня S змінюється при сталій температурі (ізотермічнj), то необхідна для цього робота дорівнює зміні вільної енергії поверхні:

(4)

Отже, надмірна потенціальна енергія є вільною енергією поверхні, а коефіцієнт поверхневого натягу рідини можна визначити як вільну енергію одиниці площі цієї поверхні:

(5)

Таким чином, поверхня рідини має надмірну, порівняно з рештою маси, потенціальну (вільну) енергію.