Поверхностное натяжение (уч.10кл.Стр.299-302)
Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя
Поверхностное натяжение. Определение.
Поверхностная энергия. Определение. Формула
Сила поверхностного натяжения
Единица и обозначение поверхностного натяжения.
На границе с паром жидкость образует свободную поверхность.
Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю.
Молекулы поверхностного слоя притягиваются только внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном объеме. Поэтому жидкость при отсутствии силы тяжести или когда она уравновешена силой Архимеда (например: капля масла в спирте), принимает сферическую форму при одном и том же объеме.
Тоже можно наблюдать при свободном падении капель жидкости и в состоянии невесомости.
Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму.
Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Это притяжение обуславливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости.
Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.
Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади:
Eпов = σS
σ – поверхностное натяжение - коэффициент, характеризующий энергию молекул на единице площади поверхности жидкости Н*м.
Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.
Рассмотрим опыт с мыльной пленкой на прямоугольнике с подвижной перемычкой.
В отсутствии внешней силы вдоль поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения, которая сокращает к минимуму площадь поверхности пленки. Подвижная перемычка смещается влево.
При равномерном растяжении пленки внешней силой F0, она совершает работу:
A = F0Δx
Вдоль поверхности пленки действуют равные силы поверхностного натяжения F1 и F2 (от двух половинок рамки).
F1 = F2 = Fпов/2
При равновесии перемычки:
F0 = F1 + F2 = Fпов
В процессе растяжения поверхности жидкости ( в отличии от растяжения резины) среднее расстояние между молекулами не изменяется. Увеличиваясь, поверхность жидкости заполняется молекулами внутренних слоев. Число молекул и соответственно энергия поверхностного слоя жидкости увеличиваются:
ΔEпов = σΔS
В соответствии с законом сохранения энергии (учитывая, что ΔS = 2l Δx):
2FповΔx = σΔS = σ 2l Δx
Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя:
Fпов = σ l
σ - поверхностное натяжение, характеризующее силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины поверхности (Н*м)
Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань.
(Например, высокая проникающая способность мыльного раствора объясняется его малым поверхностным натяжением)