Kako površinska napetost ovisi o temperaturi tečnosti. Površinski napon
Definicija 1.
Površinska napetost - tekućina užarenu smanjuje vlastitu slobodnu površinu, odnosno kako bi se smanjio višak potencijalne energije na granici odvajanja s gasovitim fazom.
Ne samo čvrsta fizička tijela opremljena elastičnim karakteristikama, već i površini samog tečnosti. Svaki u svom životu vidio je kako se sapun folija ispruži s laganim mjehurićima puhanja. Snage površinske zateze koje se javljaju u sapunom s filmom održavaju se za određeno vrijeme zraka, slično načinu na koji gumeni ispružena kamera sprema zrak u fudbalskoj lopti.
Površinska napetost pojavljuje se na granici glavne particije faze, na primjer, gasovitim i tekućim ili tečnim i čvrstim. To je direktno zbog činjenice da elementarne čestice površinskog sloja tečnosti uvijek imaju različite snage privlačnosti iznutra i izvana.
Ovaj fizički postupak moguć je razmotriti primjer kapljice vode, gdje se tečnost pomiče kao da je u elastičnoj školjci. Ovdje se atomi površinskog sloja tečne supstance privlače vlastiti unutarnji susjedi jači nego na vanjske čestice zraka.
Općenito, površinska napetost može se objasniti kao beskonačno mali ili elementarni rad od $ \\ sigma a $, koji se mora napraviti za povećanje ukupne površine tečnosti na beskonačno malu vrijednost $ DS $ DS $ u dosljednom Temperatura od $ DT $.
Mehanizam za pojavu površinske napetosti u tečnosti
Slika 2. Scalarna pozitivna vrijednost. Autor24 - Studentska internetska razmjena
Tečnost, za razliku od Čvrsta tel A gasovi, ne može ispuniti cijeli obim posude u kojem je postavljen. Između trajekta i tečne supstance formira se određena granica dijela, koja djeluje pod posebnim uvjetima u usporedbi s drugom masom tekućine. Razmislite za vizualni primjer, dva dolara i $ B $ molekula. $ A $ čestica je unutar same tečnosti, molekula $ B $ je direktno na njenoj površini. Prvi element je okružen drugim tečnim atomima, stoga se sila koja djeluje na molekulu sa dijelom čestica koje spada u sferu intermolekularne interakcije uvijek nadoknađuju, ili, drugim riječima, njihova jednaka snaga je nula.
$ B $ molekula s jedne strane uokvirena je molekulama tečnosti, a s druge strane plinskih atoma, čija je ukupna koncentracija u kojoj je u velikoj mjeri niža od kombinacije elementarnih čestica tekućine. Budući da će tekućina na tekućinu na $ B B postupiti mnogo više molekula nego iz idealnog plina, koji su nezaboravne sve intermolekularne sile već mogu biti jednake nuli, jer je ovaj parametar usmjeren u jačinu tvari. Dakle, kako bi molekula iz dubine tečnosti u površinski sloj potreban, potrebno je raditi protiv nekompenziranih sila. A to znači da su atomi u blizini nivoa, u usporedbi s česticama unutar tečnosti, opremljeni prekomjernom potencijalnom energijom koja se naziva površinska energija.
Koeficijent površinskog napetosti
Slika 3. Površinski napon. Autor24 - Studentska internetska razmjena
Definicija 2.
Koeficijent površinskog napetosti je fizički pokazatelj koji karakterizira određenu tečnost i numerički jednaku omjeru površinske energije u ukupnu površinu tečnosti.
U fizici, glavna jedinica mjerenja koeficijenta površinskog napetosti u konceptu C je (n) / (m).
Navedena vrijednost direktno ovisi o:
- priroda tečnosti (u "isparljivim elementima poput alkohola, etera, benzina, koeficijent površinskog napetosti znatno je manji od nehlapljive - žive, vode);
- temperatura tečne supstance (veća temperatura, to je manje krajnje površinske napetosti);
- svojstva idealnog plina, graničarajući ovu tekućinu;
- prisutnost stabilnih površinskih akata kao što su prah praha ili sapuna koji mogu smanjiti površinsku napetost.
Napomena 1.
Također treba napomenuti da parametar za napetost površine ne ovisi o početnom području tečnosti tekućine.
Takođe je poznata i iz mehanike da minimalna vrednost njene unutrašnje energije uvek odgovara nepromijenjenim državama sistema. Zbog takvog fizičkog procesa, tečno tijelo često se oblikuje sa minimalnom površinom. Ako vanjske sile ne utječu na tečnost ili njihov učinak izuzetno mali, njegovi elementi u obliku sfere u obliku kapljice vode ili sapuna. Slično tome, voda se počinje ponašati bez masovine. Tečnost se kreće kao da je, na tangenta njene glavne površine, faktori koji smanjuju ovaj u srijedu. Te se sile nazivaju površnom napetošću.
Shodno tome, koeficijent površinskog napetosti također je moguće odrediti kao glavni modul sile površinske zateze koja zapravo djeluje po jedinici dužine početnog kruga koji ograničava slobodan medij tekućine. Prisutnost ovih parametara čini površinu tečne supstance slične ispruženom elastičnom filmu, sa jedinom razlikom da su nepromijenjene sile u filmu direktno ovise o njenom području svog sustava, a sami su prisiljene površinske napetosti radeći samostalno. Ako stavite malu iglu za šivanje na površinu vode, glatka će doći i neće pustiti da se utopi.
Akcija vanjski faktor Možete opisati klizač lakih insekata poput vodomjera, duž cijele površine rezervoara. Podnožje ovih artropoda deformira vodenu površinu, čime se povećava svoje područje. Kao rezultat toga, pojavljuje se snaga površinske napetosti, što želi smanjiti takvu promjenu u tom području. Opuštajuća sila uvijek će biti usmjerena isključivo nadoknadom učinka gravitacije.
Rezultat za napetost površine
Pod utjecajem površinske napetosti, male količine tekućih medija nastoje uzeti sferni oblik koji će biti idealan za uklapanje najmanje vrijednosti. ambijent. Pristup konfiguraciji lopte postiže se većem, što je slabiji početna snaga gravitacije, jer male kapi snage površinske zateze značajno premašuju učinak gravitacije.
Površinska napetost smatra se jednom od najvažnijih karakteristika površina fazne particije. Direktno utječe na formiranje sitnih čestica fizičkih tijela i tekućina tokom njihovog razdvajanja, kao i na fuziju elemenata ili mjehurića u maglicama, emulzijama, pjenama, o procesima adhezije.
Napomena 2.
Napetost za površinu postavlja oblik budućih bioloških ćelija i njihovih glavnih dijelova.
Promjena snaga ovog fizičkog procesa utječe na fagocitozu i o procesima alveolarne disalje. Zbog ove pojave, porozne tvari mogu dugo održati ogromnu količinu tekućine, čak i iz zračne pare, kapilarne pojave, nametanje promjena u visini nivoa tekućine u kapilarima u odnosu na nivo tekućine u široj plovilu, vrlo često. Kroz ove procese podizanje vode u tlu zbog korijenskog sistema biljaka, kretanje bioloških tekućina na sistemu malih tubula i plovila.
Kapa, \u200b\u200bkapa ... Evo još jedan pad okupljeni na izljevu dizalice, natečenog i pala. Slična slika je poznata svima. Ili tople ljetne kišne vode niz zemaljsko zemljište - i opet kapi. Zašto tačno kapi? Šta je razlog? Sve je vrlo jednostavno: razlog za to je površinska napetost vode.
Ovo je jedno od svojstava vode ili, uopšte, sve tečnosti. Kao što znate, plin ispunjava čitav volumen u kojoj ne pada, ali to ne može učiniti. Molekuli unutar zapremine vode okruženi su istim molekulama sa svih strana. Ali oni na površini, na granici tečnosti i plina, utiču ne sa svih strana, već samo delom tih molekula koji se nalaze unutar glasnoće, nema efekata na njih.
Istovremeno, sila na površini tečnosti djeluje duž njen okomito na površinu površine na koju djeluje. Kao rezultat akcije ove sile i pojavljuju se površinska napetost. Vanjska manifestacija bit će formiranje sličnosti nevidljivog, elastičnog filma na granici dijela. Zbog efekata površinske napetosti, kap vode će se oblikovati sfere kao tijelo koje ima najmanju površinu na datom volumenu.
Sada možete utvrditi da je površinska napetost posao za promjenu površine tečnosti. S druge strane, može se definirati kao energija potrebna za razbijanje jedinica površine. Površinska napetost moguća je na granici tečnosti i plina. Određuje se silom koja djeluje između molekula i znači odgovorno za nestabilnost (isparavanje). Što je manja veličina površinske napetosti, više miševa bit će tečnosti.
Moguće je utvrditi šta je jednako formuli za njegov izračun uključuje površinu i kao što je već spomenuto ranije, koeficijent ne ovisi o obliku i veličini površine, ali se određuje silom intermolekularne interakcije, I.E. vrsta tekućine. Za različite tečnosti njenu vrijednost će biti različita.
Površinska napetost vode može se promijeniti. To se postiže grijanjem, dodavanjem biološki aktivnih tvari, poput sapuna, praha, paste. Njegova vrijednost ovisi o stupnju čistoće vode. Čista voda, količina površinske napetosti je veća, a inferiorna je samo merkur u njegovom značenju.
Znatiželjni efekat se opaža kada tečnost dođe u kontakt sa Čvrsta supstancai plin. Ako udarimo kap vode na površinu parafina, tada će uzeti oblik lopte. To je uzrokovano činjenicom da sile djeluju između parafina i pad, manje od interakcije između sebe kao rezultat koji se pojavljuje lopta. Kad se sile djeluju između površine i kapi su veće od sila intermolekularne interakcije, voda se ravnomjerno raširi po površini. Ovaj fenomen se naziva vlaženje.
Učinak vetabilnosti u određenoj mjeri može okarakterizirati stupanj čistoće površine. Na čistoj površini pada raširite se ravnopravno, a ako je površina kontaminirana ili prekrivena tvari, ne vlažom vode, onda potonji ide u kuglice.
Kao primjer korištenja površinske napetosti u industriji, moguće je baciti lijevanje sfernih dijelova, na primjer, frakcije za oružje. Ražene metalne kapi jednostavno se smrznule u letu, uzimajući sferni oblik.
Površinska napetost vode, kao i svaka druga tekućina, jedan je od njegovih važnih parametara. Određuje neke karakteristike tečnosti - poput volatilnosti (isparavanje) i vetality. Njegova vrijednost ovisi samo o parametrima intermolekularne interakcije.
Najrazističnija imovina tečnosti koja ga razlikuje od plina je da na granici s plinom, tečnost tvori slobodnu površinu, čije se prisustvo dovodi do pojave pojava posebne vrste, nazvana površnim. Oni su potrebni po njihovom izgledu fizički usloviu kojem se nalaze molekuli u blizini slobodne površine.
Za svaku molekulu tekućine, snage privlačnosti iz okolnih molekula raspoređenih iz nje na udaljenosti od oko 10 -9 m (molekularni radijus). Na molekuli M. 1, smješten unutar tečnosti (Sl. 1), postoje snage sa strane istih molekula, a opuštanje ovih sila je blizu nule.
Za molekule M. 2 Rezultirajuće sile su različite od nule i usmjerene su unutar tečnosti, okomito na njenu površinu. Dakle, svi molekuli tečnosti u površinskom sloju nalaze se u tečnost. Ali prostor unutar tečnosti zauzimaju druge molekule, pa površinski sloj stvara pritisak na tekućinu (molekularni pritisak).
Za pomicanje molekule M. 3, nalazi se neposredno ispod površinskog sloja, na površinu, potrebno je raditi protiv sila molekularnog pritiska. Shodno tome, molekuli površinskog sloja tekućine imaju dodatnu potencijalnu energiju u odnosu na molekule unutar tečnosti. Ova energija se zove površinska energija.
Očito je da je veličina površinske energije veća, veća je površina slobodne površine. Neka se slobodna površina promijenila u δ S.Istovremeno se površinska energija promijenila u \\ (~ \\ deelta w_p \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s \\), gdje je σ je koeficijent površinskog napetosti. Kao što je potrebno napraviti promjenu za ovo
\\ (~ A \u003d \\ delta w_p, \\) onaj \\ (~ a \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s. \\)
Otuda je \\ (\\ sigma \u003d \\ dfrac (a) (\\ delta s) \\).
Jedinica koeficijenta površinskog napetosti u C je joule po kvadratnom metru (J / M 2).
- Vrijednost je numerički jednaka radu koji se izvodi molekularne sile prilikom promjene područja slobodne površine tekućine na 1 m 2 na stalnoj temperaturi.
Budući da se bilo koji sistem pružio sebi nastoji preuzeti takav položaj u kojem je njegova potencijalna energija najmanja, tečnost otkriva želju za smanjenjem slobodne površine. Površinski sloj tekućine se ponaša poput istegnutog gumenog filma, I.E. Sve vrijeme nastoji smanjiti područje svoje površine na minimalne veličine moguće na zadanom volumenu.
Na primjer, kap tekućine u stanju bez težine ima sferni oblik.
Površinski napon
Nekretnina tečne površine može se odbiti da tumači kao postojanje snaga koje žele smanjiti ovu površinu. Molekula M. 1 (Sl. 2), smješteno na površini tečnosti, ne djeluje ne samo s molekulama koji su unutar tečnosti, već i molekulama na površini tečnosti koja se nalazi u sferi molekularne akcije. Za molekulu M. 1 je rezultirajući \\ (\\ vec r \\) molekularnih sila usmjerenih uz besplatnu površinu tekućine, je nula i za molekulu M. 2, smještena na granici površine tečnosti, \\ (~ \\ vec r \\ ne 0 \\) i \\ (\\ vec r \\) usmjereno normalnim do granica slobodne površine i na tangenciji površine tečnosti.
Rezultirajuće snage koje djeluju na sve molekule na granici slobodne površine i postoji moć površinski napon. Općenito, djeluje tako da nastoji smanjiti površinu tekućine.
Može se pretpostaviti da je čvrstoća površinske napetosti \\ (~ \\ vec F \\) izravno proporcionalna dužini l. Granice površinskog sloja tekućine, jer na svim dijelovima površinskog sloja tečnosti, molekula je u istim uvjetima:
\\ (~ F \\ SIM L. \\)
Zaista, razmislite o vertikalnom pravokutnom okviru (Sl. 3, A, B), koji je uravnotežena pokretna strana. Nakon uklanjanja okvira iz otopine sapuna, pokretni dio se kreće iz položaja 1 U regulaciji 2 . S obzirom na to da je film tanki sloj tekućine i ima dvije besplatne površine, naći ćemo posao koji se izvodi prilikom prelaska na daljinu h. = sVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: 1 ⋅ sVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: 2: SVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: = 2F⋅h.gde F. - Prisiljavanje djeluje na okvir iz svakog površinskog sloja. S druge strane, \\ (~ a \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s \u003d \\ sigma \\ CDOT 2L \\ CDOT H \\).
Stoga, \\ (~ 2f \\ CDOT H \u003d \\ sigma \\ CDOT 2L \\ CDOT H \\ DESTARROW F \u003d \\ sigma \\ CDOT L \\), odakle \\ (~ \\ sigma \u003d \\ dfrac fl \\).
Prema ovoj formuli, jedinicu koeficijenta površinskog napetosti u C je Newton na metar (N / M).
Koeficijent površinskog napetosti σ je numerički jednaka čvrstoći površinske napetosti koja djeluje po jedinici granica slobodne površine tekućine. Koeficijent površinskog napetosti ovisi o prirodi tečnosti, na temperaturi i na prisustvu nečistoća. S povećanjem temperature se smanjuje.
- Na kritičnoj temperaturi kada razlika između tečnosti i pare nestane, σ \u003d 0.
Dnevnost se uglavnom smanjuju (neki porast) koeficijent površinske napetosti.
Dakle, površinski sloj tekućine je elastični ispružen film koji pokriva cijelu tekućinu i tražeći da ga sastavlja u jednu "kap". Takav model (elastični ispružen film) omogućava vam određivanje smjera sila površinske napetosti. Na primjer, ako se film ispruži pod djelovanjem vanjskih sila, snaga površinske napetosti bit će usmjerena po površini tečnosti protiv istezanja. Međutim, ovo stanje značajno se razlikuje od napetosti elastičnog gumenog filma. Elastični film se proteže zbog povećanja udaljenosti između čestica, a snaga napetosti se povećava, s istezanjem tekućeg filma, udaljenost između čestica se ne mijenja, a porast površine se postiže kao rezultat prelaska molekula iz debljine tečnosti u površinski sloj. Stoga, sa povećanjem površine tečnosti, čvrstoća površinske napetosti ne mijenja se (ne ovisi o površini).
vidjeti i
- Kikoin A.K. O silama površinske napetosti // Quant. - 1983. - № 12. - str. 27-28
Vlaženje
U slučaju dodira sa čvrstim tijelom sile kvačila molekula tekućih molekula sa solidnim molekulima tijela počinju reproducirati značajna uloga. Ponašanje tekućine ovisit će o činjenici da je više: prianjanje između molekula tekućine ili prianjanje molekula tekućine sa čvrstim molekulama.
Vlaženje - fenomen koji proizlazi iz interakcije molekula tekućine sa čvrstim molekulama. Ako su sile atrakcije između tekućih i čvrstih molekula više su snage privlačnosti između tečnih molekula, a zatim se tečnost naziva vlaženje; Ako su snage atrakcije tečnosti i čvrstog tijela manje od sila privlačnosti između molekula tekućine, tada se tečnost naziva ne-paraleriranje Ovo je telo.
Ista tekućina može se vlažiti i ne uklanjati u odnosu na različita tijela. Dakle, voda savlada čašu i ne mokri površinu masti, živa ne mokri staklo i nosi bakar.
Vlaženje ili nesjedište sa tekućinom žila na plovilima u kojima se nalazi, utiče na oblik slobodne površine tečnosti u posudi. Ako a veliki broj Tečnost se izliva u plovilo, oblik njene površine određuje se silom gravitacije, koja pruža ravnu i horizontalnu površinu. Međutim, su samo zidovi vlaženja i nevažnog fenomena vode do zakrivljenosti površine tečnosti, tzv regionalni efekti.
Kvantitativna karakteristika efekata ivice regionalni kutak θ je ugao između aviona tangenta do površine tečnosti i površine čvrstog tijela. Unutar rubnog ugla je uvijek tekućina (Sl. 4, A, B). Kad ga navlaži, bit će oštar (Sl. 4, a), a kada se ne inspirira - tupa (Sl. 4, b). U školskom kursu, fizičari smatraju samo potpuno vlaženje (θ \u003d 0 °) ili kompletno ne-punjenje (θ \u003d 180º).
Sile povezane sa prisustvom površinske napetosti i usmjerene na površinu tangenta na površinu tečnosti, u slučaju konveksne površine, daju rezultirajući, usmjerenim u tekućinu (Sl. 5, a). U slučaju konkavne površine usmjerena je rezultirajuća sila, naprotiv, prema plinu koja se graniči sa tečnošću (Sl. 5, b).
Ako je vlažnja tekućina na otvorenoj površini čvrstog (Sl. 6, a), pojavljuje se širenje na ovoj površini. Ako je otvorena tekućina na otvorenoj površini čvrstog tijela, potrebno je oblik blizu lopte (Sl. 6, b).
Vlaženje je neophodno i u svakodnevnom životu i u industriji. Dobro vlaženje je neophodno kada se obojene, pranje, obradu fotografskih materijala, nanošenjem boja za lakiranje, prilikom lekara, prilikom lemljenja, u flotacijskim procesima (obogaćivanje livene roze). Suprotno tome, prilikom izgradnje hidroizolacijskih uređaja, materijali koji nisu vlaženi vodom nisu potrebni.
Kapilarni fenomeni
Zakrivljenost površine tečnosti na ivicama plovila posebno je jasno vidljiva u uskim cijevima, gdje je cijela slobodna površina tekućine zakrivljena. U cijevima sa uskim presjekom, ova je površina dio sfere, zove se menysky. Formirana tekućina formira se konkavni meniskus (Sl. 7, A), a na nerabilandu - konveks (Sl. 7, B). Budući da je površina meniskusa veća od presjeka cijevi, zatim pod djelovanjem molekularnih sila, zakrivljena površina tekućine nastoji izravnati.
Snage površinske napetosti stvaraju dodatno (Laplasovo) Pritisak ispod zakrivljene površine tečnosti.
Ako je površina tečnosti konkavan, Snaga površinske napetosti je usmjerena iz tečnosti (Sl. 8, a), a pritisak ispod konkavne površine tekućine je manji nego ispod stana, na \\ (~ p \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (R) \\). Ako je površina tečnosti konveksan, Snaga površinske napetosti usmjerena je unutar tečnosti (Sl. 8, b), a pritisak ispod konveksne površine tečnosti veći je nego ispod stana, na istoj vrijednosti.
Sl. osam - Ova je formula poseban slučaj formule Laplasa, koji određuje višak pritiska za proizvoljnu površinu tečnosti Twofold Curvature:
gde R. 1 I. R. 2 - Radii od zakrivljenosti dva međusobno okomita normalnih presjeka tečne površine. Polumjer zakrivljenosti je pozitivan ako je zakrivljenu središte odgovarajućeg odjeljka unutar tečnosti, a negativan je ako je centar zakrivljenosti izvan tečnosti. Za cilindričnu površinu ( R. 1 = l.; R. 2 \u003d ∞) nadver pritisak \\ (~ p \u003d \\ dfrac (\\ sigma) (r) \\).
Ako stavite usku cijev ( kapilaran) na jednom kraju tečnosti, izliv u široku posudu, zatim zbog prisustva tlaka tlaka, tečnost u kapilaru raste (ako je tečnost vlaže) ili izostavite (ako je tečnost neželjena) (Sl. 9 , A, B), jer ispod ravne površine tečnosti u ne postoji višak posude.
Pojave promjena u visini nivoa tekućine u kapilarima u odnosu na nivo tekućine u širokim brodovima nazivaju se kapilarni fenomeni.
Tečnost u kapilari se diže ili pada na takvu visinu h., u kojem se snaga hidrostatskog pritiska tekućine ujednačila silom nadlepljenja, I.E.
\\ (~ \\ dfrac (2 \\ sigma) (r) \u003d \\ rho \\ cdot g \\ cdot h. \\)
Gdje \\ (~ h \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (\\ rho \\ cdot g \\ cdot r) \\). Ako vlaženje nije završeno θ ≠ 0 (θ ≠ 180 °), zatim kalkulacije emisije, \\ (~ h \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (\\ rho \\ cdot g \\ cdot r) \\ cdot \\ cos \\ ta \\).
Kapilarni fenomeni su vrlo česti. Podizanje vode u tlu, sustav krvnih žila u plućima, korijenski sustav u biljkama, fitiljkom i satnom papiru - kapilarni sustavi.
Literatura
- Aksenovich L. A. Fizika u srednjoj školi: teorija. Zadaci. Testovi: studije. Priručnik za institucije koje osiguravaju proizvodnju ukupnog broja. Mediji, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N.n.Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Fyrino. - MN: Adukatsya i Vikhavanna, 2004. - C. 178-184.
Sile atrakcije između molekula na površini tečnosti drže ih od kretanja izvan njegovih granica.
Tekući molekuli doživljavaju međusobne pričvrsne snage - u stvari, to je zbog toga što tečnost odmah ne nestane. Na molekulama unutar tečnosti, sila privlačenja drugih molekula djeluju na sve strane i samim tim međusobno uravnotežuju jedni druge. Molekuli na površini tekućine nemaju komšije vani, a rezultirajuća sila atrakcije usmjerena je unutar tečnosti. Kao rezultat toga, cijela površina vode nastoji sranje pod utjecajem tih sila. Po agregatu, taj efekat dovodi do formiranja takozvane sile površinske zateze, koja djeluje po površini tečnosti i dovodi do stvaranja sličnosti nevidljivog, finog i elastičnog filma.
Jedna od posljedica efekta za napetost površine je da se povećati površinski prostor tečnosti - njeno rastezanje - potrebno je učiniti mehanički rad za prevladavanje sila površinske napetosti. Slijedom toga, ako je tečnost ostavljena sama, on nastoji uzeti oblik na kojem će njezina površina biti minimalna. Takav oblik, prirodno, je sfera - zato kiše u letu uzimaju gotovo sferni oblik (kažem "gotovo", jer se kapi u letu malo izvlače zbog otpornosti na vazduh). Iz istog razloga, kapi vode na tijelu prekrivene svježim voskom automobilom ide na perle.
Signuće površinske zateze koriste se u industriji - posebno, prilikom lijevanja sfernih oblika, poput frakcije puške. Kapi rastopljenog metala jednostavno daju da se drže u letu kada padaju s dovoljno za ovu visinu, a sami smrzavaju u obliku lopti prije nego što padnu u primanje spremnika.
Možete donijeti puno primjera snaga površinskih zatezanja u akciji iz našeg svakodnevnog života. Pod utjecajem vjetra na površini okeana, mora i jezera formiraju se valovi, a ovaj je val val u kojem se sila unutarnjeg tlaka izjednačava s vrhom sile površinske napetosti. Dvojica ovih sila alternatiraju, a valovi su formirani na vodi, baš kao što val u nizu muzičkog instrumenta formira zbog alternativnog istezanja i kompresije.
Na čvrstoj površini će se montirati tekućina ili glatki sloj ili glatki sloj, ovisi o omjeru sila intermolekularne interakcije u tečnostima koje uzrokuju površinske napetosti i čvrste površine između tečnih molekula i čvrste površine. U tečnoj vodi, na primjer, snaga površinske napetosti zbog vodikovih obveznica između molekula ( cm. Hemijske obveznice). Staklena površina vodom se navlaže, jer staklo sadrži dosta atoma kisika, a voda lako formira vodikove veze ne samo s drugim molekulama vode, već i kod atoma kisika. Ako podmažite površinu čaše sa masti, vodonigene veze neće se formirati, a voda će se prikupiti u kapljicama pod utjecajem unutarnjih vodikovih obveznica koji određuju površinsku napetost.
U hemijskoj industriji u vodi često se dodaju posebni nastavni reagensi - surfaktanti- Bez davanja vode da se okupe u kapi na bilo kojoj površini. Dodaju se, na primjer, u tekućim deterdžentima za perilice posuđa. Pronalaženje površinskog sloja vode, molekuli takvih reagensa primjetno su oslabljeni silama površinske napetosti, voda se ne sastavlja u kapi i ne odlazi na površinu prljave mrlje nakon sušenja ( cm.
Tečnost– Supstanca koja se nalazi u stanju tečnog agregata zauzima srednji položaj između čvrstog i gasovitne države. Glavna imovina tekućine koja ga razlikuje od tvari u drugim agregatnim državama je sposobnost neograničeno mijenjati obrazac pod djelovanjem tangentnih mehaničkih naprezanja, čak i kao mali, praktično, praktično, praktično čuvajući jačinu.
opće informacije O tečnoj državi
Tekuće stanje se obično smatra posrednikom između čvrstog tijela i plina: plin ne zadržava ni jačinu ili oblik, a čvrsto tijelo održava.
Oblik tečnih tijela može se u potpunosti ili dijelom odrediti činjenicom da se njihova površina ponaša poput elastične membrane. Dakle, voda se može sakupljati u kapi. Ali tekućina je sposobna da teče čak i pod svojom fiksnom površinom, a to takođe znači da se u obliku oblika (unutarnji dijelovi tečnog tijela).
Tekući molekuli nemaju određeni položaj, ali istovremeno, potpuna sloboda pomaka nisu dostupna. Između njih postoji atrakcija, dovoljno jak da ih drži pri bliskom rasponu.
Supstanca u tečnom stanju postoji u određenom temperaturnom rasponu, ispod koji ulazi u čvrsto stanje (kristalizaciju ili pretvorbu u čvrsto staklenu staklu), iznad, gasovita (isparavanje). Granice ovog intervala ovise o pritisku.
U pravilu, supstanca u tečnom stanju ima samo jednu modifikaciju. (Najvažnije iznimke su kvantna tekućina i tekući kristali.) Stoga u većini slučajeva tečnost nije samo zbirna stanja, već i termodinamička faza (tečna faza).
Sve tekućine prilagođavaju se čistim tečnostima i mješavinama. Neke tečnosti su od velikog značaja za život: krv, morska voda i druge tečnosti mogu izvršiti funkciju otapala.
Fizička svojstva tečnosti
1 ).Fluidnost
Glavna nekretnina tekućine je fluidnost. Ako postoji vanjska sila za područje tečnosti u ravnoteži, a zatim protok čestica tečnosti u smjeru u kojem se primjenjuje ova sila: tečni tokovi. Stoga, pod djelovanjem neuravnoteženih vanjskih snaga, tečnost ne zadržava oblik i relativna lokacija dijelova i zato uzima oblik plovila u kojem se nalazi.
Za razliku od plastičnih čvrstih tijela, tekućina nema snagu prinosa: dovoljno je da pričvrstite proizvoljno malu silu tako da tečni teče.
2).Ušteda zapremine
Jedna od karakterističnih svojstava tekućine je da ima određeni iznos (sa nepromijenjenim vanjskim uvjetima). Tečnost je izuzetno teško stisnuti mehanički, jer, za razliku od gasa, postoji vrlo malo slobodnog prostora između molekula. Pritisak proizveden na tečnosti zaključen u posudi prenosi se nepromijenjen u svakoj tački jačine ove tečnosti (Pascal-ov zakon, takođe za gasove). Ova značajka, zajedno sa vrlo niskom kompresibilnom kompresom, koristi se u hidrauličkim mašinama.
Tečnosti obično povećavaju jačinu zvuka (proširuju) prilikom zagrevanja i smanjene jačine (kompresije) prilikom hlađenja. Međutim, na primjer, pronađeni su i izuzeci, voda se komprimira prilikom zagrijavanja, pod normalnim pritiskom i temperaturom od otprilike.
3).Viskoznost
Pored toga, tečnosti (kao i plinovi) karakterišu viskoznost. Definiše se kao sposobnost da se odupre o pokretu jednog od dijelova u odnosu na drugu, to je kao unutarnje trenje.
Kada su susjedni slojevi tekućine premještaju međusobno relativni, molekuli se sudarno sudaraju zbog toga zbog toplotnog pokreta. Postoje snage za kočenje naređenog pokreta. U ovom slučaju kinetička energija naređenog pokreta kreće se u toplotnu energiju kaotičnog kretanja molekula.
Tečnost u posudi, koja se premješta i pruža sebi, postepeno će se zaustaviti, ali njegova se temperatura povećava.
4).Mješovitost
Mjerenost tečnosti se rastvara jedno u drugo. Primjer miješanih tečnosti: Voda i etil alkohol, primjer neraspoloženog: vode i tekućeg ulja.
5).Formiranje slobodne površine i površinske napetosti
Zbog očuvanja volumena, tečnost je sposobna formirati slobodnu površinu. Takva je površina površina fazne particije ove tvari: na jednoj strani nalazi se tekuća faza, prema neto plinovitim (parovima), a možda i drugi plinovi, na primjer, zraka.
Ako tečna i plinovita faza iste supstančne kontakte, nastaju snage, koje nastoje smanjiti površinu površinskog zatezanja. Površina presjeka ponaša se poput elastične membrane koja nastoji pritisnuti.
6).Talasi gustoće
Iako je tečnost izuzetno teško komprimirati, ipak, kada se tlak promijeni, jačine i gustoće se i dalje mijenjaju. To se ne događa odmah; Dakle, ako se jedna parcela komprimira, takva se kompresija prenosi na druge presjeke. To znači da su elastični talasi sposobni unutar tečnosti, tačnije, valovima gustoće. Uz gustoću, na primjer, ostale fizičke količine se mijenjaju, na primjer, temperatura.
Ako se tijekom širenja talasa gustoća mijenja dovoljno malo, takav val se naziva zvučni val ili zvuk.
Ako se gustoća mijenja dovoljno jaku, takav se val naziva udarnim valom. Šok val opisuju druge jednadžbe.
Gustoće valovi u tečnosti su uzdužni, odnosno gustoće se mijenja duž smjera širenja valova. Poprečni elastični talasi u tečnosti su odsutni zbog kvara obrasca.
Elastični talasi U tekućini su vrijeme izblijedjeli, njihova se energija postepeno prelazi u toplotnu energiju. Uzroci prigušenja - viskoznost, "klasična apsorpcija", molekularna opuštanja i drugi. U ovom slučaju, takozvana sekunda, ili volumen viskoznost - unutarnje trenje prilikom promjene gustoće. Šok val kao rezultat prigušenja nakon nekog vremena prelazi u zvuk.
Elastični talasi u tečnosti izloženi su i rasipanju heterogenosti koje proizlaze iz haotičnog toplotnog kretanja molekula.
Tečna struktura
Eksperimentalne studije tečnog stanja tvari na osnovu promatranja rendgenskih difrakcijskih i neutronskih fluksa tokom prolaska kroz tečne medije, koje se nalaze u tečnosti srednja narudžba. Prisutnost neke urednosti na lokaciji čestica nalazi se samo na maloj udaljenosti od bilo kojeg namjenskog položaja (Sl. 140).
Međusobni raspored susjednih čestica u tekućini sličan je narednom rasporedu susjednih čestica u kristalima. Međutim, ovo naručivanje u tečnostima opaženo je samo unutar malim količinama. Na udaljenostima: od nekih odabranih "centralnih" molekula, narušeno je slomljeno (-effektira promjer molekule). Slična urednost na lokaciji čestica u tečnosti i naziva se u blizini narudžbe .
Zbog nedostatka fluida dugog dometa, za nekoliko izuzetaka, anisotropija karakteristika kristala nije otkrivena. Iz tog razloga, struktura tekućine se ponekad naziva kvazikristalni ili kristalni .
Prvi put je izražena ideja o blizini nekih svojstava tečnosti (posebno metalnih topila) i kristalne krute tvari, a zatim se razvijaju u radovima sovjetske fizike ya.i.frenkel 1930-1940. Prema stavovima Frankela, koji je sada dobio univerzalno priznanje, toplotno kretanje atoma i molekula u tečnosti sastoji se od neregularnih oscilacija sa prosječnom frekvencijom u blizini i oscilacija atoma u kristalnim tijelima. Oscilacijski centar određuje se poljem sila susjednih čestica i smjene zajedno sa pomacima ovih čestica.
Pojednostavljen je tako toplotnim pokretom kao preklapanje relativno rijetkih skokova čestica s jedne strane u istom trenutku ravnoteže do drugih i termičkih oscilacija u intervalima između skokova. Prosječno vrijeme "smještenog" boravka molekula tekućine u blizini neke ravnotežne pozicije se zove vrijeme opuštanja.Nakon vremena, molekula mijenja mjesto ravnoteže, prelazak u prelazak u novu poziciju, koja se nalazi od prethodne za udaljenost veličine samih veličina molekula. Dakle, molekula se polako pomiče unutar tečnosti. S povećanjem temperature vrijeme se smanjuje, molekuli molekula povećavat će se, što mijenja viskoznost tekućine (povećava fluidnost). Prema figurativnom izrazu, ya.i.frenkel, molekuli se gledaju tokom volumena tekućine, vodeći nomadski stil života, u kojem se kratkoročno kretanje zamjenjuje relativno dugim vremenskim razdobljima života.
Amorfna čvrsta tijela (staklo, smola, bitumen itd.) Mogu se smatrati superkoliziranim tečnostima čije čestice zbog visoko povećane viskoznosti imaju ograničenu pokretljivost.
Zbog malog porekla tečnog stanja, teorija tekućine je manje razvijena od teorije gasova i kristalnih krutih tvari. Ne postoji kompletna teorija tečnosti.
Posebna vrsta tečnosti je neka organski spojevikoji se sastoji od izduženih ili diskovnih molekula ili takozvanih tekućih kristala. Interakcija između molekula u takvim tečnostima nastoji izgraditi duge osovine molekula u određenom redoslijedu. Na visokim temperaturama, termički pokret to sprečava, a supstanca je konvencionalna tekućina. Na temperaturama ispod kritične tečnosti pojavljuje se istaknuta smjer, dođe do naloga za orijentaciju u dužeg raspona. Zadržavanje glavnih karakteristika tečnosti, na primjer, fluidnost, tečni kristali imaju karakteristična svojstva čvrstih kristala - anisotropija magnetske, električne i optičke svojstva. Ova svojstva (zajedno sa fluidnost) pronalaze brojne tehničke aplikacije, na primjer, u elektroničkim satovima, kalkulatorima, mobilni telefoni, kao i u monitorima ličnih računara, televizora, kao pokazatelja, tablice i ekrana za prikazivanje digitalnih, slova i analognih informacija.
Površinski napon
Najzanimljivija karakteristika tečnosti je prisustvo slobodna površina. Sa površinom spojenog tečnosti besplatna energijaproporcionalno područje slobodne površine tečnosti :. Budući da se slobodna energija izoliranog sustava posvećuje minimum, tečnost (u nedostatku vanjskih polja) nastoji uzeti oblik koji ima minimalnu površinu. Stoga se problem oblika tekućine smanjuje na izoperimetrijski problem pod određenim dodatnim uvjetima (početna distribucija, jačinu IT.P.). Slobodna kap uzima oblik lopte, međutim, s složenim uvjetima, problem oblika površine tečnosti postaje izuzetno složen.
Tečnost, za razliku od gasova, ne ispunjava čitav volumen plovila u kojem je natitis. Između tečnosti i plina (ili trajekta), formira se granica particije, koja je pod posebnim uvjetima u odnosu na ostatak tekućine. Molekuli u graničnom sloju tekućine, za razliku od molekula u svojoj dubini, okruženi su drugim molekulama iste tečnosti ne sa svih strana. Sile intermolekularne interakcije djeluju na jednoj od molekula unutar tečnosti iz susjednih molekula, u prosjeku, međusobno su nadoknađene (Sl. 141).
Ali svi molekuli, uključujući molekule graničnog sloja, trebali bi biti u stanju ravnoteže. Ova ravnoteža se postiže zbog određenog smanjenja udaljenosti između molekula površinskih slojeva i njihovih najbližeg susjeda unutar tečnosti. Sa smanjenjem udaljenosti između molekula, pojavljuju se odbojnost. Molekuli površinskih sloja pakiraju se pomalo čvršće i zato imaju dodatnu rezervu potencijalne energije u odnosu na unutrašnje molekule. Otuda, molekuli površinskog sloja tekućine suvišni su u usporedbi s molekulama unutar tečnog potencijalne energije jednaka slobodnoj energiji. Po potencijalnoj energiji površine tečnosti proporcionalno je svom području:.Iz mehanike je poznato da stanja ravnoteže sustava odgovaraju minimalnoj vrijednosti njegove potencijalne energije, I.E. Slobodna površina tekućine nastoji smanjiti svoje područje. Tečnost se ponaša kao da je za tangenta njene površine snage koje smanjuju (zatezanje) ove površine. Ove sile se zovu snage površinske napetosti .
Odabrali smo neki zatvoreni krug na površini tečnosti. Za sve molekule koje leže unutar ove konture, sve snage su obostrano uravnotežene. Međutim, za molekule koji se nalaze duž konture, snage su usmjerene prema van, su vanjske sile; Oni su okomit na obod i tangente na površinu tečnosti. Te sile su istezanje filma, a su površinske napetosti (Sl. 143).
 Sl. 143. |
Prisutnost površinskih zatenzivnih snaga čini površinu tečnosti slične elastičnom rastegnom filmu, sa jeme razlikama da elastična sila u filmu ovisi o njenoj površini (to je na tome kako je film deformiran), a površina Napetosti ne ovise Sa površine površine tečnosti.
