3. Енергія поверхневого шару рідини. Поверхневий натяг.

Величина а, яка характеризує залежність роботи молекулярних сил при зміні площі вільної поверхні рідини від роду рідини і зовнішніх умов, називається коефіцієнтом поверхневого натягу рідини (або просто поверхневим натягом). Коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється роботою молекулярних сил при зменшенні площі вільної поверхні рідини на одиницю:

Виведемо одиницю поверхневого натягу а в СІ!

У СІ за одиницю а береться такий поверхневий натяг, при якому моле­кулярні сили виконують роботу в 1Дж, зменшуючи площу вільної поверхні рідини на 1м².

Оскільки всяка система самовільно переходить у стан, при якому її потенціальна енергія мінімальна, то рідина повинна самовільно переходити в такий стан, при якому площа її вільної поверхні має найменшу величину.

Оскільки при тому самому об'ємі найменшу площу поверхні має куля, рідина в стані невагомості набуває форми кулі. З цієї ж причини краплі рідини мають кулясту форму. Форма мильних плівок на різних каркасах завжди відповідає найменшій площі вільної поверхні рідини.

4. Сила поверхневого натягу*

Сила , зумовлена взаємодією молекул рідини, яка спричинює скорочення площі її вільної поверхні і напрямлена по дотичній до цієї поверхні, називається силою поверхневого натягу.

Отже, поверхневий натяг а чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, яка діє на одиницю довжини межі вільної поверхні рідини. Пригадаємо, що одиницею є 1Дж/м³, але

Тепер легко зрозуміти, чому рідина набуває форми, при якій площа її вільної поверхні буде найменшою: сили молекулярного тиску втягують молекули з поверхні всередину рідини, а сили поверхневого на­тягу скорочують площу вільної поверхні, тобто закривають утворені «вікна» на цій поверхні.

Отже, поверхневий шар рідини завжди перебуває в стані натягу. Проте цей стан не можна порівнювати з натягом пружної розтягнутої плівки. Пружні сили зростають із збільшенням площі розтягнутої плівки, а сили поверхневого натягу від площі поверхні рідини не залежать

Дослід показав, що на величину а впливає середовище над поверхнею рідини і температура рідини. При підвищенні температури рідини її коефіцієнт поверхневого натягу зменшується (поясніть, чому) і при критичній температурі дорівнює нулю. Це свідчить про те, що при критичному стані зникає будь-яка відмінність між рідиною і її парою.

5. ЗМОЧУВАННЯ. КРАЙОВИЙ КУТ. Якщо молекули рідини притягуються одна до одної слабше, ніж до молекул твердої речовини, то рідину називають змочуючою. (Наприклад, вода змочує чисте скло і не змочує парафін). Якщо молекули рідини притягуються одна до одної сильніше, ніж до молекул твердої речовини, то рідину називають незмочуючою. Ртуть не змочує скло, проте вона змочує чисті мідь і цинк.

Для змочуючих рідин крайовий кут гострий, а для незмочуючих — тупий. Щоб дія сили тяжіння не спотворювала крайового кута, краплю треба брати якомога меншою. Оскільки крайовий кут зберігається при вертикальному положенні твердої поверхні, то змочуючи рідина біля країв посудини, в яку ЇЇ налито, піднімається, а незмочуюча — опускається .

Мірою змочування звичайно є косинус крайового кута, тобто соs , додатний для змочуючих рідин і від'ємний для незмочуючих.