Comme la tension de surface dépend de la température du fluide. Tension superficielle
Définition 1.
Tension de surface - Liquide brillante Réduit sa propre surface libre, c'est-à-dire pour réduire l'excédent d'énergie potentielle à la limite de séparation avec la phase gazeuse.
Non seulement les corps physiques solides sont équipés de caractéristiques élastiques, mais également de la surface du fluide lui-même. Chacun de sa vie a vu comment le film SOAP est étiré avec une légère bulle de soufflage. Les forces de tension de surface qui se produisent dans un film de savon sont maintenues pendant une certaine période d'air temporel, semblable à la manière dont la caméra étirée en caoutchouc sauve l'air dans une balle de football.
La tension de surface apparaît sur la limite de la partition principale des phases, par exemple, gazeux et liquide, ou liquide et solide. Cela est directement dû au fait que les particules élémentaires de la couche de surface du liquide présentent toujours des forces d'attraction différentes de l'intérieur et de l'extérieur.
Ce processus physique est possible de considérer l'exemple d'une goutte d'eau, où le fluide se déplace comme si elle est dans une coque élastique. Ici, les atomes de la couche de surface de la substance liquide sont attirés par ses propres voisins intérieurs plus forts qu'aux particules extérieures de l'air.
En règle générale, la tension superficielle peut être expliquée sous la forme d'un travail infiniment petit ou élémentaire de $ \\ sigma A $, qui doit être faite pour augmenter la surface totale du liquide sur une valeur infiniment faible de $ DS $ à une cohérence température de $ dt $.
Le mécanisme de l'émergence de tension superficielle dans les liquides
Figure 2. Valeur positive scalaire. Author24 - Exchange Internet de l'étudiant
Liquide, contrairement à tél et des gaz, il n'est pas capable de remplir tout le volume du navire dans lequel il a été placé. Une certaine bordure de la section est formée entre le ferry et la substance liquide, qui agit dans des conditions spéciales par rapport à une autre masse de fluide. Considérez pour un exemple plus visuel, deux $ de molécules de dollars et $ B $. La particule $ A $ est à l'intérieur du fluide lui-même, la molécule $ B $ est directement à sa surface. Le premier élément est entouré d'autres atomes liquides de manière uniforme, la force agissant sur la molécule de la partie des particules tombant dans la sphère d'interaction intermoléculaire est toujours compensée ou, autrement dit, leur puissance égale est nulle.
La molécule $ B $ d'une part est encadrée par des molécules de fluide et de l'autre côté des atomes de gaz, dont la concentration totale est largement inférieure à la combinaison de particules élémentaires du fluide. Étant donné que le fluide sur le fluide sur le $ B $ B agira beaucoup plus de molécules que du gaz idéal, qui est inoubliable, toutes les forces intermoléculaires peuvent déjà être égales à zéro, car ce paramètre est dirigé à l'intérieur du volume de la substance. Ainsi, pour la molécule de la profondeur du liquide dans la couche de surface, il est nécessaire de travailler contre les forces non compensées. Cela signifie que les atomes du niveau de la surface de près, comparé aux particules à l'intérieur du liquide, sont équipées d'une énergie potentielle excessive appelée énergie de surface.
Coefficient de tension de surface
Figure 3. Tension de surface. Author24 - Exchange Internet de l'étudiant
Définition 2.
Le coefficient de tension de surface est un indicateur physique caractérisant un certain liquide et numériquement égal au rapport d'énergie de surface à la surface totale du fluide.
En physique, l'unité principale de mesure du coefficient de tension de surface dans le concept C est (n) / (m).
La valeur spécifiée dépend directement de:
- la nature du liquide (dans les «éléments volatils de tels que de l'alcool, de l'éther, de l'essence, le coefficient de tension de surface est nettement inférieur à celui du mercure non volatile, de l'eau);
- la température de la substance liquide (plus la température est élevée, moins la tension de surface finale);
- propriétés du gaz idéal, limitant ce fluide;
- la présence d'éléments tensioactifs stables tels que la poudre de lavage ou le savon pouvant réduire la tension superficielle.
Note 1.
Il convient également de noter que le paramètre de tension de surface ne dépend pas de la zone initiale du fluide fluide.
Il est également connu de la mécanique que la valeur minimale de son énergie interne correspond toujours aux états inchangés du système. En raison d'un tel processus physique, le corps liquide prend souvent forme avec une surface minimale. Si les forces étrangères n'affectent pas le liquide ou que leur effet est extrêmement petit, ses éléments à la forme d'une sphère sous la forme d'une goutte d'eau ou de bulle de savon. De même, l'eau commence à se comporter en apesanteur. Le fluide se déplace comme si, sur une tangente de sa surface principale, des facteurs qui réduisent cet acte de mercredi. Ces forces sont appelées tensions superficielles.
Par conséquent, le coefficient de tension de surface est également possible de déterminer comme le module principal de la force de tension de surface, qui agit réellement par unité de la longueur du circuit initial qui limite le milieu libre du fluide. La présence de ces paramètres rend la surface de la substance liquide semblable à un film élastique étiré, la seule différence que les forces inchangées dans le film dépendent directement de sa zone de son système, et les forces de tension de surface elles-mêmes sont capables de Travailler de manière indépendante. Si vous mettez une petite aiguille à coudre à la surface de l'eau, le lisse viendra et ne la laissera pas noyer.
action facteur externe Vous pouvez décrire la diapositive des insectes légers tels que les compteurs d'eau, le long de la surface totale des réservoirs. Le pied de ces arthropodes déforment la surface de l'eau, augmentant ainsi sa zone. En conséquence, la résistance de la tension superficielle se produit, cherchant à réduire un tel changement dans la région. La force de relaxante sera toujours dirigée exclusivement en compensant l'effet de la gravité.
Résultat de la tension de surface
Sous l'influence de la tension superficielle, de petites quantités de milieux liquides cherchent à prendre une forme sphérique qui sera idéale pour s'adapter à la plus petite valeur. ambiant. L'approche de la configuration de la balle est obtenue par la plus grande, plus la force de gravité initiale plus faible, car les petites gouttes de la force de tension de surface dépassent considérablement l'effet de la gravité.
La tension de surface est considérée comme l'une des caractéristiques les plus importantes des surfaces de la partition de phase. Il affecte directement la formation de particules fines de corps physiques et de liquides pendant leur séparation, ainsi que de la fusion d'éléments ou de bulles dans les brouillards, les émulsions, les mousses, sur les processus d'adhésion.
Note 2.
La tension de surface définit la forme de futures cellules biologiques et de leurs parties principales.
La variation des forces de ce processus physique affecte la phagocytose et sur les processus de la respiration alvéolaire. En raison de ce phénomène, des substances poreuses peuvent contenir une énorme quantité de liquide pendant une longue période, même de la vapeur d'air, des phénomènes capillaires, d'imposer des modifications de la hauteur du niveau de fluide dans les capillaires par rapport au niveau de fluide dans un navire plus large, sont très commun. Grâce à ces processus, l'eau émergeant dans le sol est due au système racinaire des plantes, le mouvement de fluides biologiques sur le système de petits tubules et de petits récipients.
Cap, casquette ... Voici une autre goutte rassemblée sur le bec de la grue, le gonflé et est tombé. Une image similaire est familière à quiconque. Ou une eau de pluie chaude dans la terre terrestre - et tombe à nouveau. Pourquoi exactement gouttes? Quelle est la raison? Tout est très simple: la raison en est la tension superficielle de l'eau.
C'est l'une des propriétés de l'eau ou, en général, tous les liquides. Comme vous le savez, le gaz remplit tout le volume dans lequel il ne tombe pas, mais cela ne peut pas faire cela. Les molécules à l'intérieur du volume d'eau sont entourées par les mêmes molécules de tous les côtés. Mais ceux à la surface, sur la limite du liquide et du gaz, sont influencés non de tous les côtés, mais uniquement par la partie de ces molécules situées à l'intérieur du volume, il n'y a aucun effet sur eux.
Dans le même temps, la force sur la surface du liquide agira le long perpendiculaire à la surface de la surface auquel elle agit. À la suite de l'action de cette force et de la tension superficielle se produit. La manifestation externe sera la formation de la ressemblance d'un film élastique invisible sur la frontière de la section. En raison des effets de la tension superficielle, la chute d'eau prendra la forme de la sphère en tant que corps ayant la plus petite zone à un volume donné.
Vous pouvez maintenant déterminer que la tension superficielle fonctionne pour changer la surface du liquide. D'autre part, il peut être défini comme l'énergie nécessaire pour casser les unités de la surface. La tension de surface est possible sur la limite du liquide et du gaz. Il est déterminé par la force agissant entre les molécules et signifie responsable de la volatilité (évaporation). Plus la taille de la tension superficielle est petite, plus il y aura des chauves-souris.
Il est possible de déterminer ce qui est égal à la formule de son calcul implique la surface et comme déjà mentionné précédemment, le coefficient ne dépend pas de la forme et de la taille de la surface, mais est déterminée par la force de l'interaction intermoléculaire, c'est-à-dire Type de fluide. Pour différents liquides, sa valeur sera différente.
La tension superficielle de l'eau peut être modifiée. Ceci est réalisé par chauffage en ajoutant des substances biologiquement actives, telles que le savon, la poudre, la pâte. Sa valeur dépend du degré de pureté de l'eau. L'eau plus propre, la quantité de tension superficielle est plus grande, et elle n'est inférieure qu'au mercure dans sa signification.
Effet curieux est observé lorsque le liquide entre en contact avec substance solideet gaz. Si nous frappons une goutte d'eau à la surface de la paraffine, elle prendra la forme de la balle. Cela est causé par le fait que les forces agissant entre la paraffine et une chute, moins que l'interaction entre eux à la suite de laquelle la balle apparaît. Lorsque les forces agissant entre la surface et les gouttes sont supérieures aux forces de l'interaction intermoléculaire, l'eau est répartie uniformément sur la surface. Ce phénomène s'appelle mouillé.
L'effet de la mouillabilité dans une certaine mesure peut caractériser le degré de pureté de la surface. Sur la surface pure de la goutte, étendue uniformément, et si la surface est contaminée ou recouverte de substance, pas de l'eau mouillante, ce dernier va dans les balles.
À titre d'exemple d'utilisation de la tension superficielle dans l'industrie, il est possible de lancer une coulée de pièces sphériques, par exemple des fractions pour les armes à feu. Le métal en fusion goutte simplement surgelé à la volée, prenant une forme sphérique.
La tension superficielle de l'eau, comme tout autre liquide, est l'un de ses paramètres importants. Il détermine certaines caractéristiques du liquide - telles que la volatilité (évaporation) et la mouillabilité. Sa valeur dépend uniquement des paramètres de l'interaction intermoléculaire.
La propriété la plus caractéristique d'un liquide qui le distingue du gaz est que sur la frontière avec du gaz, le liquide forme une surface libre, dont la présence conduit à la survenue des phénomènes d'un type spécial, appelé superficiel. Ils sont requis par leur apparence conditions physiquesdans lequel il y a des molécules près de la surface libre.
Pour chaque molécule de fluide, les atouts d'attraction des molécules environnantes disposées de celui-ci à une distance d'environ 10 à 9 m (rayon moléculaire). Sur une molécule M. 1, situé à l'intérieur du liquide (fig. 1), il y a des forces sur le côté des mêmes molécules et la relaxante de ces forces est proche de zéro.
Pour les molécules M. 2 Les forces résultantes sont différentes de zéro et sont dirigées à l'intérieur du liquide, perpendiculairement à sa surface. Ainsi, toutes les molécules de fluide de la couche de surface sont dessinées dans le liquide. Mais l'espace à l'intérieur du liquide est occupé par d'autres molécules, donc la couche de surface crée une pression sur le liquide (pression moléculaire).
Pour déplacer la molécule M. 3, situé directement sous la couche de surface, à la surface, il est nécessaire de travailler contre les forces de pression moléculaire. Par conséquent, les molécules de la couche de surface de fluide ont une énergie potentielle supplémentaire par rapport aux molécules à l'intérieur du liquide. Cette énergie est appelée Énergie de surface.
Évidemment, la taille de l'énergie de surface est la plus grande, plus la surface de la surface libre. Laissez la surface libre passée à Δ S.Dans le même temps, l'énergie de surface a changé en \\ (\\ \\ deelta w_p \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s \\), où σ est le coefficient de tension de surface. Comme il est nécessaire de changer de changement pour cela
\\ (~ A \u003d \\ delta w_p, \\) que \\ (~ a \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s. \\)
D'où le \\ (~ \\ sigma \u003d \\ dfrac (a) (\\ delta s) \\).
L'unité du coefficient de tension de surface en C est un joule par mètre carré (J / m 2).
- La valeur est numériquement égale au travail effectué par des forces moléculaires lors de la modification de la zone de la surface libre du fluide à 1 m 2 à une température constante.
Étant donné que tout système offert à elle-même cherche à prendre une telle position dans laquelle son énergie potentielle est la plus petite, le liquide révèle le désir de réduire la surface libre. La couche superficielle de fluide se comporte comme un film de caoutchouc étiré, c'est-à-dire Tout le temps cherche à réduire la surface de sa surface aux tailles minimales possibles à un volume donné.
Par exemple, une goutte de fluide dans un état d'apesanteur a une forme sphérique.
Tension superficielle
La propriété de la surface liquide peut être refusée d'interpréter comme l'existence de forces cherchant à réduire cette surface. Molécule M. 1 (Fig. 2), situé sur la surface du liquide, interagit non seulement avec des molécules situées à l'intérieur du liquide, mais également avec des molécules situées à la surface du liquide situé dans la sphère d'action moléculaire. Pour la molécule M. 1 est la résultante \\ (\\ \\ vec r \\) de forces moléculaires dirigées le long de la surface libre du fluide, est zéro et pour une molécule M. 2, situé à la bordure de la surface du liquide, \\ (~ \\ vec r \\ ne 0 \\) et \\ (\\ \\ vec r \\) dirigé par la normale aux limites de la surface libre et sur la tangente de la surface du liquide.
Les forces résultantes agissant sur toutes les molécules sur la bordure de la surface libre et il y a du pouvoir tension superficielle. En général, il agit pour qu'il cherche à réduire la surface du fluide.
On peut supposer que la résistance de la tension superficielle \\ (\\ \\ Vec F \\) est directement proportionnelle à la longueur l. Les limites de la couche de surface du fluide, car sur toutes les parties de la couche de surface du liquide, la molécule est dans les mêmes conditions:
\\ (~ F \\ sim l. \\)
En effet, considérons le cadre rectangulaire vertical (Fig. 3, A, B), qui est équilibré du côté mobile. Après avoir retiré le cadre d'une solution d'un film de savon, la partie mobile passe de la position 1 dans la réglementation 2 . Considérant que le film est une fine couche de liquide et présente deux surfaces libres, nous trouverons le travail effectué lors de la déplacement de la distance. h. = uNE. 1 ⋅ uNE. 2: UNE. = 2F⋅h.où F. - Force agissant sur le cadre de chaque couche de surface. D'autre part, \\ (~ a \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s \u003d \\ sigma \\ CDOT 2L \\ CDOT H \\).
Par conséquent, \\ (~ 2F \\ CDOT H \u003d \\ SIGMA \\ CDOT 2L \\ CDOT H \\ RightARrow F \u003d \\ SIGMA \\ CDOT L \\), d'où \\ (~ \\ sigma \u003d \\ dfrac fl \\).
Selon cette formule, l'unité de coefficient de tension de surface en C est Newton à un mètre (N / M).
Coefficient de tension de surface σ est numériquement égal à la résistance de la tension de surface agissant par unité des limites de la surface libre du fluide. Le coefficient de tension de surface dépend de la nature du fluide, de la température et de la présence d'impuretés. Avec une température croissante, il diminue.
- À la température critique lorsque la différence entre le liquide et la vapeur disparaît, σ \u003d 0.
Les impuretés sont principalement réduites (une augmentation de l'augmentation) du coefficient de tension superficielle.
Ainsi, la couche de fluide de surface est un film étiré élastique recouvrant tout le liquide et cherchant à l'assembler en une "goutte". Un tel modèle (film étiré élastique) vous permet de déterminer la direction des forces de la tension superficielle. Par exemple, si le film est étiré sous l'action des forces externes, la résistance de la tension superficielle sera dirigée le long de la surface du liquide contre l'étirement. Cependant, cette condition diffère de manière significative de la tension du film de caoutchouc élastique. Le film élastique est étiré en raison d'une augmentation de la distance entre les particules et la résistance de la tension augmente, avec l'étirement du film liquide, la distance entre les particules ne change pas et que l'augmentation de la surface est obtenue en conséquence. de la transition de molécules de l'épaisseur du liquide dans la couche de surface. Par conséquent, avec une augmentation de la surface du liquide, la résistance de la tension superficielle ne change pas (elle ne dépend pas de la surface).
voir également
- Kikoin A.k. Sur les forces de la tension superficielle // quant. - 1983. - № 12. - P. 27-28
Mouillage
En cas de contact avec le corps solide de la force d'embrayage de molécules de fluide avec des molécules de corps solides commencent à jouer rôle important. Le comportement du fluide dépendra du fait que: la prise entre les molécules de fluide ou la prise des molécules de fluide avec des molécules solides.
Mouillage - phénomène résultant de l'interaction des molécules de fluide avec des molécules solides. Si les forces d'attraction entre les molécules liquides et solides sont plus des forces d'attraction entre les molécules liquides, le liquide est appelé mouillage; Si les forces d'attraction du corps fluide et solide sont inférieures aux forces d'attraction entre les molécules de fluide, le liquide est appelé non-paralyseur C'est le corps.
Le même liquide peut être mouillant et ne pas se démulter par rapport à différents corps. Donc, l'eau mouille le verre et ne mette pas la surface grasse, le mercure ne mouvait pas le verre et mouille le cuivre.
Mouillage ou non-assise avec un liquide des murs de vaisseaux dans lesquels il est situé, affecte la forme d'une surface libre du fluide dans le récipient. Si un un grand nombre de Le fluide est versé dans le récipient, la forme de sa surface est déterminée par la force de gravité, qui fournit une surface plane et horizontale. Cependant, les mêmes murs de phénomène mouillant et non animé conduisent à la courbure de la surface du liquide, le soi-disant effets régionaux.
Caractéristique quantitative des effets de bord coin régional θ est l'angle entre le plan tangent à la surface du liquide et la surface du corps solide. À l'intérieur de l'angle de bord, est toujours fluide (Fig. 4, A, B). Lorsque vous le mouillez, ce sera tranchant (Fig. 4, A), et lorsque non inspiré - émoussé (Fig. 4, B). Dans le cours de l'école, les physiciens ne considèrent que le mouillage complet (θ \u003d 0º) ou le non-chargement complet (θ \u003d 180º).
Les forces associées à la présence de tension superficielle et visant à la surface tangente à la surface du liquide, dans le cas d'une surface convexe, elles donnent le résultat dirigé dans le liquide (Fig. 5, A). Dans le cas d'une surface concave, la force résultante est dirigée, au contraire, vers la liaison des gaz avec le liquide (Fig. 5, B).
Si le fluide mouillant est sur la surface ouverte du solide (fig. 6, a), il se produit une propagation sur cette surface. Si un liquide ouvert est sur la surface ouverte du corps solide, il faut une forme proche de la balle (Fig. 6, B).
Le mouillage est essentiel à la fois dans la vie quotidienne et dans l'industrie. Un bon mouillage est nécessaire lorsqu'il est peint, lavage, traitement de matériaux photographiques, appliquant des revêtements de peinture, lorsque des matériaux de collage, lors de la soudure, dans des procédés de flottation (enrichissement de la pierre précieuse des orès). Inversement, lorsque vous construisez des dispositifs d'étanchéité, des matériaux qui ne sont pas mouillés d'eau sont nécessaires.
Phénomènes capillaires
La courbure de la surface du liquide sur les bords du récipient est particulièrement clairement visible dans des tubes étroits, où la surface libre du fluide est courbée. Dans les tubes avec une section étroite, cette surface fait partie de la sphère, elle s'appelle chic. Un fluide mouillant est formé un ménisque concave (fig. 7, A) et à la non-paraliable - convexe (Fig. 7, B). Étant donné que la surface du ménisque est supérieure à la zone transversale du tube, ensuite sous l'action des forces moléculaires, la surface incurvée du fluide cherche à se redresser.
Les forces de tension de surface créent supplémentaire (LAPLASOVO) Pression sous la surface incurvée du liquide.
Si la surface du liquide concave, La résistance de la tension superficielle est dirigée du liquide (figure 8, A) et la pression sous la surface concave du fluide est inférieure à celle de l'appartement, sur \\ (~ p \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (R) \\). Si la surface du liquide convexe, La force de la tension superficielle est dirigée à l'intérieur du liquide (figure 8, B) et la pression sous la surface convexe du liquide est supérieure à celle de la même valeur.
Figure. 8 - Cette formule est un cas particulier de la formule de la laplace, qui détermine la pression excédentaire de la surface arbitraire du liquide de la curvée double:
où R 1 I. R 2 - Les rayons de courbure de deux parties transversales normales perpendiculaires de la surface du liquide. Le rayon de courbure est positif si le centre de courbure de la section correspondante est à l'intérieur du liquide et est négatif si le centre de courbure est en dehors du liquide. Pour une surface cylindrique ( R 1 = l.; R 2 \u003d ∞) surpression \\ (~ p \u003d \\ dfrac (\\ sigma) (r) \\).
Si vous mettez un tube étroit ( capillaire) À une extrémité du liquide, versé dans un large récipient, puis en raison de la présence de pression de la couche de pression, le liquide dans les hautes capillaires (si le liquide est mouillant) ou omettez (si le liquide ne se manque) (Fig. 9 , A, B), puisque sous la surface plane du fluide, il n'y a pas de navire de pression excédentaire.
Les phénomènes des changements de la hauteur du niveau de fluide dans les capillaires par rapport au niveau de fluide dans de vastes vaisseaux sont appelés phénomènes capillaires.
Liquide dans le capillaire augmente ou tombe sur une telle hauteur h., dans lequel la puissance de la pression hydrostatique de la colonne de fluide est égalisée par la force de la surpression, c'est-à-dire
\\ (~ \\ dfrac (2 \\ sigma) (r) \u003d \\ rho \\ CDOT g \\ CDOT h. \\)
Où \\ (~ h \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (\\ RHO \\ CDOT G \\ CDOT R) \\). Si le mouillage n'est pas complet θ ≠ 0 (θ ≠ 180 °), alors les calculs montrent, \\ (~ h \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (\\ rho \\ CDOT g \\ CDOT R) \\ CDOT \\ COS \\ THAMA \\).
Les phénomènes capillaires sont très courants. Élevant de l'eau dans le sol, le système de vaisseaux sanguins dans les poumons, le système racinaire dans les plantes, la mèche et le papier d'horloge - systèmes capillaires.
Littérature
- Aksenovich L. A. Physique au lycée: théorie. Tâches. Tests: études. Manuel pour les institutions assurant la production du total. Médias, Education / L. A. Aksenovich, N.n.rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - MN: Adukatsya I Vikhavanna, 2004. - C. 178-184.
Les forces d'attraction entre les molécules à la surface du liquide les détiennent du mouvement au-delà de ses limites.
Les molécules liquides présentent des forces d'attraction mutuelles - en fait, cela est dû à cela que le fluide ne disparaît pas instantanément. Sur les molécules à l'intérieur du liquide, la force de l'attraction d'autres molécules agit de tous les côtés et s'équitant mutuellement mutuellement. Les molécules de la surface du fluide n'ont pas de voisins à l'extérieur et la force d'attraction résultante est dirigée à l'intérieur du liquide. En conséquence, toute la surface de l'eau s'efforce de chier sous l'influence de ces forces. Par l'agrégat, cet effet mène à la formation de la force de tension de surface, qui agit le long de la surface du liquide et conduit à la formation de la similitude du film invisible, fin et élastique.
L'une des conséquences de l'effet de tension de surface est que d'augmenter la surface du liquide - son étirement - il est nécessaire de faire un travail mécanique pour surmonter les forces de la tension superficielle. Par conséquent, si le liquide est laissé seul, il cherche à prendre la forme à laquelle sa surface sera minimale. Une telle forme, naturellement, est la sphère - c'est pourquoi les gouttes de pluie en vol prennent une forme presque sphérique (je dis "presque", car les gouttes de vol sont légèrement tirées en raison de la résistance à l'air). Pour la même raison, l'eau tombe sur le corps recouverte d'une voiture de cire fraîche va faire des perles.
Les forces de tension de surface sont utilisées dans l'industrie - en particulier, lors de la coulée de formes sphériques, telles qu'une fraction de fusil. Les gouttes de métal en fusion donnent simplement de bâton sur la mouche lorsque vous tombez suffisamment pour cette hauteur, et elles gèlent elles-mêmes de la forme des balles avant de tomber dans le récipient de réception.
Vous pouvez apporter beaucoup d'exemples de forces de tension de surface en action de notre quotidien. Sous l'influence du vent à la surface des océans, des mers et des lacs, des ondulations sont formées et cette ondulation est une onde dans laquelle la force de pression interne de l'eau est égalisée en agissant sur la force de tension de surface. Les deux de ces forces alternatives et des ondulations sont formées sur l'eau, comme une onde dans la chaîne de l'instrument de musique est formée en raison de l'étirement alternatif et de la compression.
Il y aura un liquide à assembler dans des "billes" ou une couche lisse sur une surface solide dépend du rapport des forces d'interaction intermoléculaire dans des liquides entraînant une tension de surface et des forces d'attraction entre molécules liquides et surface solide. Dans l'eau liquide, par exemple, la résistance de la tension superficielle est due à des liaisons d'hydrogène entre les molécules ( cm. Liaisons chimiques). La surface de verre avec de l'eau est mouillée, car le verre contient de nombreux atomes d'oxygène, et l'eau forme facilement des liaisons d'hydrogène non seulement avec d'autres molécules d'eau, mais également avec des atomes d'oxygène. Si vous lubrifiez la surface du verre avec de la graisse, les liaisons d'hydrogène ne seront pas formées et l'eau sera collectée dans les gouttelettes sous l'influence des liaisons d'hydrogène interne qui déterminent la tension superficielle.
Dans l'industrie chimique dans l'eau, des réactifs de séquelle spéciaux sont souvent ajoutés - tensioactifs- Sans donner de l'eau pour rassembler des gouttes sur une surface. Ils sont ajoutés, par exemple, dans des détergents liquides pour lave-vaisselle. Trouver dans la couche de surface de l'eau, les molécules de tels réactifs sont sensiblement affaiblies par les forces de la tension superficielle, l'eau n'est pas assemblée dans les gouttes et ne part pas à la surface d'une tache sale après séchage ( cm.
Liquide– La substance située dans un état d'agrégat liquide occupe une position intermédiaire entre solide et États gazeux. La principale propriété d'un fluide qui la distingue des substances dans d'autres états globaux est la capacité de modifier illimité le formulaire sous l'action des contraintes mécaniques tangentes, même aussi petites, préservant pratiquement le volume.
informations générales À propos de l'état liquide
L'état liquide est généralement considéré comme un intermédiaire entre le corps solide et le gaz: le gaz ne conserve pas ni le volume ni le formulaire, et le corps solide maintient les deux.
La forme de corps liquides peut être complètement ou partiellement déterminée par le fait que leur surface se comporte comme une membrane élastique. Ainsi, l'eau peut être collectée dans les gouttes. Mais le fluide est capable de s'écouler même sous sa surface fixe, ce qui signifie également dégoûter la forme (parties internes du corps liquide).
Les molécules liquides n'ont pas de position certaine, mais en même temps, une liberté totale des déplacements ne sont pas disponibles. Entre eux, il y a une attraction, assez forte pour les garder à proximité.
La substance dans l'état liquide existe dans une certaine plage de température, ci-dessous qui passe dans un état solide (cristallisation ou conversion en verre amorphe à l'état solide), au-dessus, gazeux (évaporation). Les limites de cet intervalle dépendent de la pression.
En règle générale, une substance dans un état liquide n'a qu'une modification. (Les exceptions les plus importantes sont les fluides quantiques et les cristaux liquides.) Par conséquent, dans la plupart des cas, le liquide n'est pas seulement un état agrégé, mais également une phase thermodynamique (phase liquide).
Tous les fluides sont personnalisés sur des liquides et des mélanges propres. Certains mélanges de liquides revêtent une grande importance pour la vie: le sang, l'eau de mer et d'autres liquides peuvent effectuer une fonction de solvant.
Propriétés physiques des liquides
1 ).Fluidité
La propriété principale des fluides est la fluidité. S'il y a une force externe dans la zone de liquide en équilibre, alors l'écoulement des particules de fluide dans la direction dans laquelle cette force est appliquée est la suivante: flux liquides. Ainsi, sous l'action des forces extérieures déséquilibrées, le liquide ne conserve pas la forme et l'emplacement relatif des pièces, et prend donc la forme du navire dans lequel il se trouve.
Contrairement aux corps solides en plastique, le fluide n'a pas de résistance au rendement: il suffit de fixer une force arbitraire faible de sorte que le liquide coule.
2).Économie de volume
L'une des propriétés caractéristiques du fluide est qu'elle a une certaine quantité (avec des conditions externes inchangées). Le liquide est extrêmement difficile à serrer mécaniquement, car, contrairement au gaz, il y a très peu d'espace libre entre les molécules. La pression produite sur le liquide conclu dans le navire est transmise inchangée dans chaque point du volume de ce liquide (loi de Pascal, également pour les gaz). Cette fonctionnalité, ainsi qu'une très faible compressibilité, est utilisée dans des machines hydrauliques.
Les liquides augmentent généralement le volume (dilaté) lorsqu'il est chauffé et réduit de volume (compresse) lors du refroidissement. Toutefois, des exceptions sont également trouvées, par exemple, de l'eau est comprimée lorsqu'elle est chauffée, sous pression normale et température à environ.
3).Viscosité
De plus, des liquides (ainsi que des gaz) sont caractérisés par la viscosité. Il est défini comme la capacité de résister au mouvement de l'une des parties par rapport à une autre, c'est-à-dire de friction intérieure.
Lorsque les couches adjacentes du fluide se déplacent par rapport à l'autre, les molécules se heurtent inévitablement à celle du mouvement thermique. Il y a des forces pour freiner le mouvement commandé. Dans ce cas, l'énergie cinétique d'un mouvement ordonné se déplace dans l'énergie thermique du mouvement chaotique des molécules.
Le liquide dans le navire, qui est déplacé et fourni à lui-même, s'arrêtera progressivement, mais sa température augmentera.
4).Mélange
La mélange de liquides est dissous l'une dans l'autre. Exemple de liquides mélangés: l'eau et l'alcool éthylique, un exemple de non-éboueur: eau et huile liquide.
5).Formation de la surface libre et de la tension superficielle
En raison de la préservation du volume, le liquide est capable de former une surface libre. Une telle surface est la surface de la partition de phase de cette substance: d'un côté il y a une phase liquide, selon une autre gazeuse (paires) et éventuellement d'autres gaz, par exemple de l'air.
Si la phase liquide et gazeuse des mêmes contacts de substance, les forces surviennent, qui cherchent à réduire la surface de la séparation de la tension de surface. La surface de la section se comporte comme une membrane élastique, qui cherche à pousser.
6).Vagues de densité
Bien que le liquide soit extrêmement difficile à comprimer, néanmoins, lorsque la pression change, son volume et sa densité changent toujours. Cela ne se produit pas instantanément; Donc, si une parcelle est comprimée, une telle compression est transmise aux autres sections. Cela signifie que les ondes élastiques sont capables d'entrer dans le liquide, plus spécifiquement, des ondes de densité. En plus de la densité, d'autres quantités physiques sont modifiées, par exemple, la température.
Si lors de la propagation de la vague, la densité change suffisamment légèrement, une telle vague est appelée onde sonore ou sonore.
Si la densité change assez fort, une telle vague est appelée une onde de choc. L'onde de choc est décrite par d'autres équations.
Les ondes de densité dans le liquide sont longitudinales, c'est-à-dire que la densité change le long de la direction de la propagation des ondes. Les ondes élastiques transversales dans le liquide sont absentes en raison de la défaillance de la forme.
Vagues élastiques Dans le fluide, ils seoulent avec du temps, leur énergie se déplaçait progressivement en énergie thermique. Causes d'atténuation - viscosité, «absorption classique», relaxation moléculaire et autres. Dans ce cas, la soi-disant frottement interne ou la viscosité du volume - lors de la variation de la densité. L'onde de choc à la suite de l'atténuation après un moment est allé dans le son.
Les ondes élastiques du liquide sont également exposées à la diffusion d'hétérogénéités découlant du mouvement thermique chaotique des molécules.
Structure liquide
Études expérimentales d'un état liquide d'une substance basée sur l'observation de la diffraction des rayons X et des flux de neutrons pendant les transmettre à travers des milieux liquides, trouvés dans des liquides moyen. La présence d'une certaine commande dans l'emplacement des particules est à une petite distance de toute position dédiée (Fig. 140).
La disposition mutuelle des particules voisines dans des liquides est similaire à la disposition ordonnée des particules adjacentes dans des cristaux. Cependant, cette commande dans des liquides n'est observée que dans de petits volumes. Aux distances: de certaines molécules "centrales" sélectionnées, une ordonnance est brisée (diamètre-effectif de la molécule). Une commande similaire dans l'emplacement des particules dans des liquides et s'appelle près de la commande .
En raison de l'absence de liquide à longue distance, à quelques exceptions près, la caractéristique d'anisotropie des cristaux n'est pas détectée. Pour cette raison, la structure du fluide est parfois appelée quasicrystalline ou cristalline. .
Pour la première fois, l'idée de la proximité de certaines propriétés de liquides (en particulier de fond en métal) et de solides cristallins a été exprimée puis développée dans les travaux de la physique soviétique Ya.i.frenkel 1930-1940. Selon les vues de Frankel, qui ont maintenant obtenu la reconnaissance universelle, le mouvement thermique des atomes et des molécules dans le liquide est constitué d'oscillations irrégulières avec une fréquence moyenne proche de la fréquence des oscillations d'atomes dans des corps cristallins dans des corps cristallins. Le centre d'oscillation est déterminé par le domaine des forces des particules voisines et des décalages avec les déplacements de ces particules.
Il est simplifié par un tel mouvement thermique comme un chevauchement de sauts relativement rares de particules d'un côté du même temps d'équilibre à d'autres oscillations et d'oscillations thermiques dans les intervalles entre les sauts. La durée moyenne du séjour "réglé" de la molécule de fluide près de la position d'équilibre est appelée temps de relaxation.Après l'heure du temps, la molécule change la place de l'équilibre, un saut qui passe dans une nouvelle position, située à partir du précédent pour la distance des tailles des molécules elles-mêmes. Ainsi, la molécule se déplace lentement à l'intérieur du liquide. Avec une température croissante, le temps diminue, les molécules des molécules augmenteront, ce qui modifie la viscosité des fluides (augmente la fluidité). Selon l'expression figurative, ya.i.frenkel, les molécules sont observées tout au long du volume de fluide, ce qui a conduit un style de vie nomade, dans lequel le déplacement à court terme est remplacé par des périodes relativement longues de la vie de réglage.
Les corps solides amorphes (verre, résine, bitume, etc.) peuvent être considérés comme des liquides super-refroidis dont les particules dues à une viscosité très accrue ont une mobilité limitée.
En raison de la petite commande de l'état liquide, la théorie du fluide est moins développée que la théorie des gaz et des solides cristallins. Il n'y a pas de théorie complète de fluide.
Un type spécial de liquides est certains composés organiquesconsistant en une molécules allongées ou en forme de disque, ou des cristaux dits dits liquides. L'interaction entre les molécules dans de tels liquides cherche à construire de longs axes de molécules dans un certain ordre. À des températures élevées, le mouvement thermique empêche cela et la substance est un fluide classique. À des températures situées sous le liquide critique, une direction mise en évidence apparaît, une commande d'orientation à longue distance se produit. Garder les principales caractéristiques du liquide, par exemple, la fluidité, les cristaux liquides ont les propriétés caractéristiques des cristaux solides - anisotropie des propriétés magnétiques, électriques et optiques. Ces propriétés (ainsi que la fluidité) trouvent de nombreux applications techniques, par exemple, dans des montres électroniques, des calculatrices, téléphones portables, ainsi que dans les moniteurs d'ordinateurs personnels, téléviseurs, comme indicateurs, tableau de bord et écrans d'affichage d'informations numériques, lettre et analogiques.
Tension superficielle
La caractéristique la plus intéressante des liquides est la présence surface libre. Avec la surface du liquide connecté énergie gratuiteproportionnelle à la zone de la surface libre du fluide :. Étant donné que l'énergie libre d'un système isolé est engagée au minimum, le liquide (en l'absence de champs externes) cherche à prendre une forme d'une surface minimale. Ainsi, le problème de la forme d'un fluide est réduit à un problème isopérimétrique dans les conditions supplémentaires spécifiées (la distribution initiale, le volume de IT.P.). La goutte libre prend la forme de la balle, cependant, avec des conditions plus complexes, le problème de la forme de la surface du liquide devient extrêmement complexe.
Liquide, contrairement aux gaz, ne remplit pas le volume entier du navire dans lequel elle est nanite. Entre le liquide et le gaz (ou le ferry), la limite de la partition est formée, qui est dans des conditions spéciales par rapport au reste du fluide. Les molécules de la couche de frontière de fluide, contrairement aux molécules de sa profondeur, sont entourées d'autres molécules du même fluide non de tous les côtés. Les forces de l'interaction intermoléculaire agissant sur l'une des molécules à l'intérieur du liquide provenant des molécules voisines, en moyenne, compensées mutuellement (Fig. 141).
Mais toutes les molécules, y compris les molécules de couche limite, doivent être dans un état d'équilibre. Cet équilibre est obtenu en raison d'une certaine diminution de la distance entre les molécules de couche de surface et leurs voisins les plus proches à l'intérieur du liquide. Avec une diminution de la distance entre les molécules, la force de répulsion se pose. Les molécules de la couche de surface sont emballées un peu plus bien et ont donc une réserve supplémentaire d'énergie potentielle par rapport aux molécules internes. D'où, les molécules de la couche de surface de fluide ont redondant par rapport aux molécules à l'intérieur de l'énergie potentielle liquide égal à l'énergie libre. Afin, l'énergie potentielle de la surface du liquide est proportionnelle à sa zone :.De la mécanique, on sait que les états d'équilibre du système correspondent à la valeur minimale de son énergie potentielle, c'est-à-dire La surface libre du fluide cherche à réduire sa zone. Le fluide se comporte comme si pour la tangente de sa surface, il y a des forces qui réduisent (serrage) cette surface. Ces forces sont appelées forces de tension superficielle .
Nous choisissons du circuit fermé à la surface du liquide. Pour toutes les molécules situées à l'intérieur de ce contour, toutes les forces mutuellement équilibrées. Cependant, pour les molécules situées le long du contour, les forces sont dirigées vers l'extérieur, sont des forces externes; Ils sont perpendiculaires au périmètre et aux tangentes à la surface du liquide. Ces forces qui étirent le film et sont la tension superficielle (Fig. 143).
 Figure. 143. |
La présence de forces de tension de surface rend la surface du liquide similaire au film élastique étiré, avec la seule différence que la force élastique dans le film dépend de sa surface (c'est-à-dire sur la manière dont le film est déformé) et la surface forces de tension ne dépend pas De la surface de la surface du liquide.
