Pe măsură ce tensiunea superficială depinde de temperatura fluidului. Tensiune de suprafata
Definiție 1.
Tensiunea de suprafață - Lichidul strălucitor reduce propria suprafață liberă, adică reducerea excesului de energie potențială la limita de separare cu faza gazoasă.
Nu numai corpurile fizice solide sunt echipate cu caracteristici elastice, ci și suprafața fluidului însuși. Fiecare din viața lui a văzut cum filmul de săpun este întins cu o ușoară bule de suflare. Forțele de tensionare a suprafeței care apar într-un film de săpun sunt menținute pentru o anumită perioadă de timp de aer, similar cu modul în care camera întinsă din cauciuc salvează aerul într-o minge de fotbal.
Tensiunea superficială apare pe limita partiției principale de faze, de exemplu gazoase și lichide sau lichide și solide. Acest lucru se datorează direct faptului că particulele elementare ale stratului de suprafață a lichidului suferă întotdeauna diferite puncte forte de atracție din interior și exterior.
Acest proces fizic este posibil să se ia în considerare exemplul unei picături de apă, unde fluidul se mișcă ca și cum ar fi într-o coajă elastică. Aici, atomii stratului de suprafață a substanței lichide sunt atrase de vecinii lor interiori mai puternici decât de particulele exterioare ale aerului.
În general, tensiunea de suprafață poate fi explicată ca o lucrare infinit de mică sau elementară de $ \\ sigma A $, care trebuie făcută pentru a crește suprafața totală a lichidului pe o valoare infinit de mică de $ DS $ la o coerentă temperatura $ dt $.
Mecanismul de apariție a tensiunii de suprafață în lichide
Figura 2. Valoarea pozitivă scalară. Autor24 - Schimbul de Internet Student
Lichid, spre deosebire de solid Tel. și gazele, nu este capabil să umple întregul volum al navei în care a fost plasat. O anumită margine a secțiunii se formează între feribotul și substanța lichidă, care acționează în condiții speciale comparate cu o altă masă de fluid. Luați în considerare pentru un exemplu mai vizual, două molecule $ A $ și $ B $. Particulele $ A este în interiorul fluidului în sine, molecula $ B $ este direct pe suprafața sa. Primul element este înconjurat de alți atomi lichizi, prin urmare, forța care acționează asupra moleculei din partea particulelor care se încadrează în sfera interacțiunii intermoleculare sunt întotdeauna compensate sau, cu alte cuvinte, puterea lor egală este zero.
Molecula $ B $ pe de o parte este încadrată de molecule de fluid și pe cealaltă parte a atomilor de gaz, concentrația totală a cărei este în mare măsură mai mică decât combinația de particule elementare ale fluidului. Deoarece fluidul de pe fluidul de pe $ B $ B va acționa mult mai multe molecule decât de la gazul ideal, care este de neuitat, toate forțele intermoleculare pot fi deja egale cu zero, deoarece acest parametru este îndreptat în interiorul volumului substanței. Astfel, pentru ca molecula de la adâncimea lichidului în stratul de suprafață, este necesar să se lucreze împotriva forțelor necompensate. Și aceasta înseamnă că atomii nivelului superior, comparativ cu particulele din interiorul lichidului, sunt echipate cu o energie potențială excesivă care se numește energie de suprafață.
Coeficientul de tensiune de suprafață
Figura 3. Tensiunea suprafeței. Autor24 - Schimbul de Internet Student
Definiția 2.
Coeficientul de tensiune de suprafață este un indicator fizic care caracterizează un anumit lichid și numeric egal cu raportul dintre energia de suprafață la suprafața totală a fluidului.
În fizică, principala unitate de măsurare a coeficientului de tensiune de suprafață din conceptul C este (n) / (m).
Valoarea specificată depinde direct de:
- natura lichidului (în elementele volatile, cum ar fi alcoolul, eterul, benzina, coeficientul de tensiune de suprafață, este semnificativ mai mic decât cel al mercurului non-volatil, apă);
- temperatura substanței lichide (cu cât temperatura este mai mare, cu atât mai puțin tensiunea finală a suprafeței);
- proprietățile gazului ideal, care se învecinează cu acest fluid;
- prezența unor elemente de surfacție stabile cum ar fi pulberea de spălare sau săpunul care poate reduce tensiunea suprafeței.
Nota 1.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că parametrul tensiunii suprafeței nu depinde de zona inițială a fluidului fluid.
De asemenea, este cunoscut din mecanica că valoarea minimă a energiei sale interne corespunde întotdeauna stărilor neschimbate ale sistemului. Datorită unui astfel de proces fizic, corpul lichid se formează adesea cu o suprafață minimă. Dacă forțele străine nu afectează lichidul sau efectul lor este extrem de mic, elementele sale la forma unei sfere sub forma unei picături de apă sau bule de săpun. În mod similar, apa începe să se comporte în greutate. Fluidul se mișcă ca și cum, pe tangentul suprafeței sale principale, factorii care reduc acest act de miercuri. Aceste forțe sunt numite tensiune superficială.
În consecință, coeficientul de tensiune de suprafață este de asemenea posibil să se determine ca modul principal al forței de tensionare a suprafeței, care acționează de fapt pe unitate de lungimea circuitului inițial care limitează mediul liber al fluidului. Prezența acestor parametri face suprafața substanței lichide similare cu un film elastic întins, cu singura diferență că forțele neschimbate din film depind direct de zona sa de sistem, iar forțele de tensionare a suprafeței sunt capabile care lucrează independent. Dacă puneți un ac de cusut mic pe suprafața apei, va veni netedă și nu o va lăsa să se înece.
Acțiune factorul extern Puteți descrie diapozitivul de insecte de lumină, cum ar fi contoarele de apă, de-a lungul întregii suprafețe a rezervoarelor. Piciorul acestor artropode deformează suprafața apei, sporind astfel zona sa. Ca rezultat, apare rezistența tensiunii de suprafață, încercând să reducă o astfel de schimbare în zonă. Forța relaxantă va fi întotdeauna îndreptată exclusiv prin compensarea efectului gravitației.
Rezultatul tensiunii suprafeței
Sub influența tensiunii suprafeței, cantități mici de medii lichide încearcă să ia o formă sferică care va fi ideală pentru a se potrivi cu cea mai mică valoare. înconjurător. Abordarea configurației cu bile este realizată de cea mai mare, cu atât mai slabă rezistența inițială a gravitației, deoarece picăturile mici ale forței de tensionare a suprafeței depășește semnificativ efectul gravitației.
Tensiunea superficială este considerată una dintre cele mai importante caracteristici ale suprafețelor partiției de fază. Aceasta afectează în mod direct formarea de particule fine de corpuri fizice și lichide în timpul separării acestora, precum și la fuziunea elementelor sau bulelor în cești, emulsii, spume, pe procesele de aderare.
Nota 2.
Tensiunea superficială stabilește forma viitoarelor celule biologice și părțile principale.
Schimbarea forțelor acestui proces fizic afectează fagocitoza și pe procesele de respirație alveolară. Datorită acestui fenomen, substanțele poroase pot conține o cantitate mare de lichid pentru o lungă perioadă de timp, chiar și din vaporii de aer, fenomenele capilare, impunerea unor schimbări în înălțimea nivelului fluidului în capilare comparativ cu nivelul fluidului într-un vas mai larg, sunt foarte comun. Prin aceste procese, creșterea apei în sol se datorează sistemului rădăcină de plante, mișcării fluidelor biologice asupra sistemului de tubule mici și vaselor.
Cap, Cap ... Aici este o altă picătură adunată pe gura de macara, umflată și a căzut în jos. O imagine similară este familiară cu oricine. Sau o apă caldă de ploaie de vară pe terenul pământesc - și din nou picături. De ce scade exact? Care este motivul? Totul este foarte simplu: motivul pentru aceasta este tensiunea de suprafață a apei.
Aceasta este una dintre proprietățile apei sau, în general, toate lichidele. După cum știți, gazul umple întregul volum în care nu se încadrează, dar acest lucru nu poate face acest lucru. Moleculele din interiorul volumului de apă sunt înconjurate de aceleași molecule pe toate laturile. Dar cei de la suprafață, pe granița lichidului și gazului, nu sunt influențați din toate părțile, ci numai de partea acelor molecule care se află în interiorul volumului, nu există efecte asupra lor.
În același timp, forța de pe suprafața lichidului va acționa de-a lungul acesteia perpendiculară pe suprafața suprafeței la care acționează. Ca urmare a acțiunii acestei forțe și apare tensiunea de suprafață. Manifestarea externă va fi formarea asemănării unui film elastic invizibil, la granița secțiunii. Datorită efectelor tensiunii superficiale, scăderea apei va lua forma sferei ca un corp care are cea mai mică zonă la un anumit volum.
Acum puteți determina că tensiunea de suprafață este de lucru pentru a schimba suprafața lichidului. Pe de altă parte, poate fi definită ca energia necesară pentru a sparge unitățile de suprafață. Tensiunea superficială este posibilă pe limita lichidului și gazului. Este determinată de forța care acționează între molecule și înseamnă responsabilitate pentru volatilitate (evaporare). Cu cât este mai mică dimensiunea tensiunii suprafeței, cu atât mai multe lilieci vor fi lichide.
Este posibil să se determine ce este egal cu formula pentru calculul său implică suprafața și așa cum am menționat deja mai devreme, coeficientul nu depinde de forma și de mărimea suprafeței, dar este determinată de forța interacțiunii intermoleculare, adică tipul de lichid. Pentru diferite lichide, valoarea sa va fi diferită.
Tensiunea de suprafață a apei poate fi schimbată. Acest lucru este realizat prin încălzire prin adăugarea de substanțe biologice active, cum ar fi săpun, pulbere, pastă. Valoarea sa depinde de gradul de puritate a apei. Apa mai curată, cantitatea de tensiune de suprafață este mai mare și este inferioară numai mercurului în sensul său.
Efectul curios este observat când lichidul intră în contact cu substanță solidăși gaz. Dacă ajungem la o picătură de apă la suprafața parafinei, atunci va lua forma mingelor. Acest lucru este cauzat de faptul că forțele acționează între parafină și o picătură, mai puțin decât interacțiunea dintre ei ca urmare a căreia apare mingea. Atunci când forțele care acționează între suprafață și picături sunt mai mari decât forțele interacțiunii intermoleculare, apa este răspândită uniform pe suprafață. Acest fenomen se numește umectare.
Efectul umectabilității într-o oarecare măsură poate caracteriza gradul de puritate a suprafeței. Pe suprafața pură a picăturii răspândită uniform și dacă suprafața este contaminată sau acoperită cu substanță, fără apă de umectare, atunci acesta din urmă merge la bile.
Ca exemplu de utilizare a tensiunii suprafeței în industrie, este posibilă aruncarea unei turnare a pieselor sferice, de exemplu, fracții pentru arme. Picturile metalice topite pur și simplu înghețate în zbor, luând o formă sferică.
Tensiunea suprafeței de apă, ca orice alt lichid, este unul dintre parametrii săi importanți. Aceasta determină unele caracteristici ale lichidului - cum ar fi volatilitatea (evaporarea) și umectabilitatea. Valoarea sa depinde numai de parametrii interacțiunii intermoleculare.
Propunerea cea mai caracteristică a unui lichid care o deosebește de gaz este aceea că la granița cu gaz, lichidul formează o suprafață liberă, a cărei prezență duce la apariția fenomenelor unui tip special, numită superficială. Ele sunt obligate prin apariția lor condiții fiziceîn care există molecule în apropierea suprafeței libere.
Pentru fiecare moleculă fluidă, punctele forte ale atracției din moleculele din jur au dispus de la ea la o distanță de aproximativ 10-9 m (rază moleculară). Pe o moleculă M. 1, amplasat în interiorul lichidului (figura 1), există forțe pe partea laterală a acelorași molecule, iar relaxarea acestor forțe este aproape de zero.
Pentru molecule M. 2 Forțele rezultate sunt diferite de zero și sunt direcționate în interiorul lichidului, perpendicular pe suprafața sa. Astfel, toate moleculele fluide din stratul de suprafață sunt trase în lichid. Dar spațiul din interiorul lichidului este ocupat de alte molecule, deci stratul de suprafață creează presiune asupra lichidului (presiunea moleculară).
Pentru a muta molecula M. 3, situată direct sub stratul de suprafață, la suprafață, este necesar să se lucreze împotriva forțelor de presiune moleculară. În consecință, moleculele stratului de suprafață de fluid au o energie potențială suplimentară comparativ cu moleculele din interiorul lichidului. Această energie este chemată energia de suprafață.
Evident, dimensiunea energiei de suprafață este cea mai mare, cu atât este mai mare zona suprafeței libere. Fie ca suprafața liberă să se schimbe la δ S.În același timp, energia de suprafață sa schimbat în \\ (\\ deelta w_p \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s \\), unde σ este coeficientul de tensiune de suprafață. Deoarece este necesar să se schimbe acest lucru
\\ (~ A \u003d \\ delta w_p, \\) că \\ (~ a \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s. \\)
Prin urmare, \\ (\\ sigma \u003d \\ dfrac (a) (\\ delta s) \\).
Unitatea de coeficientul de tensiune de suprafață din C este o joule pe metru pătrat (J / m 2).
- Valoarea este numerică egală cu lucrarea efectuată de forțele moleculare la schimbarea zonei suprafeței libere a fluidului la 1 m2 la o temperatură constantă.
Deoarece orice sistem a oferit ca ea însăși să ia o astfel de poziție în care energia sa potențială este cea mai mică, lichidul dezvăluie dorința de a reduce suprafața liberă. Stratul de suprafață al fluidului se comportă ca un film de cauciuc întins, adică. Tot timpul urmărește reducerea suprafeței suprafeței sale la dimensiunile minime posibile la un anumit volum.
De exemplu, o picătură de fluid într-o stare de greutate are o formă sferică.
Tensiune de suprafata
Proprietatea suprafeței lichide poate fi refuzată să interpreteze ca existența forțelor care doresc să reducă această suprafață. Moleculă M. 1 (fig.2), amplasat pe suprafața lichidului, interacționează nu numai cu molecule care se află în interiorul lichidului, dar și cu molecule de pe suprafața lichidului amplasat în sfera acțiunii moleculare. Pentru molecule M. 1 este rezultatul forțelor moleculare îndreptate de-a lungul suprafeței libere a fluidului, este zero și pentru o moleculă M. 2, situat la marginea suprafeței lichidului, \\ (\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\) direcționate de normal la limitele suprafeței libere și pe tangentul suprafeței lichidului.
Forțele rezultate care acționează pe toate moleculele de la marginea suprafeței libere și există putere tensiune de suprafata. În general, acționează astfel încât să înceapă să reducă suprafața fluidului.
Se poate presupune că rezistența tensiunii suprafeței \\ (~ \\\\\\\\\\) este direct proporțională cu lungimea l. Limitele stratului de suprafață al fluidului, deoarece pe toate părțile stratului de suprafață a lichidului, molecula este în aceleași condiții:
\\ (~ F \\ sim L.)
Într-adevăr, luați în considerare cadrul dreptunghiular vertical (fig.3, A, B), care este echilibrat lateral mobil. După îndepărtarea cadrului dintr-o soluție de film de săpun, partea mobilă se deplasează din poziție 1 în regulament 2 . Având în vedere că filmul este un strat subțire de fluid și are două suprafețe libere, vom găsi munca efectuată atunci când se deplasează de-a lungul distanței h. = a. 1 ⋅ a. 2: A. = 2F⋅H.Unde F. - Forța acționând pe cadrul din fiecare strat de suprafață. Pe de altă parte, \\ (~ a \u003d \\ sigma \\ cdot \\ delta s \u003d \\ sigma \\ cdot 2L \\ cdot h \\).
Prin urmare, \\ (~ 2F \\ cdot h \u003d \\ sigma \\ CDOT 2L \\ CDOT H \\ CDOTRROW F \u003d \\ sigma \\ cdot l \\), de unde \\ (\\ sigma \u003d \\ dfrac fl \\).
Conform acestei formule, unitatea de coeficient de tensiune de suprafață în C este Newton la un metru (n / m).
Coeficientul de tensiune de suprafață Σ este numeric egală cu rezistența tensiunii de suprafață care acționează pe unitate a limitelor suprafeței libere a fluidului. Coeficientul de tensiune de suprafață depinde de natura fluidului, la temperatură și de prezența impurităților. Cu o temperatură crescătoare, scade.
- La temperatura critică atunci când diferența dintre lichid și abur dispare, σ \u003d 0.
Impuritățile sunt reduse în principal (unele majorări) coeficientul tensiunii suprafeței.
Astfel, stratul de suprafață al fluidului este un film elastic întins care acoperă întregul lichid și căutând să-l asambleze într-o singură "cădere". Un astfel de model (film întins elastic) vă permite să determinați direcția forțelor tensiunii suprafeței. De exemplu, dacă filmul este întins sub acțiunea forțelor externe, rezistența tensiunii suprafeței va fi îndreptată de-a lungul suprafeței lichidului împotriva întinderii. Cu toate acestea, această afecțiune diferă semnificativ de tensiunea filmului elastic de cauciuc. Filmul elastic este întins datorită creșterii distanței dintre particule, iar rezistența tensiunii crește, cu întinderea filmului lichid, distanța dintre particule nu se schimbă, iar creșterea suprafeței este realizată ca rezultat a tranziției moleculelor de grosimea lichidului în stratul de suprafață. Prin urmare, cu o creștere a suprafeței lichidului, rezistența tensiunii suprafeței nu se schimbă (nu depinde de suprafața).
Vezi si
- Kikoin a.k. Despre forțele tensiunii de suprafață // Quant. - 1983. - № 12. - P. 27-28
Umectare
În cazul contactului cu corpul solid al forței de ambreiaj a moleculelor fluide cu molecule solide ale corpului încep să se joace rol important. Comportamentul fluidului va depinde de faptul că mai mult: aderența dintre moleculele de fluid sau prinderea moleculelor de fluid cu molecule solide.
Umectare - Fenomenul rezultat din interacțiunea moleculelor fluide cu molecule solide. Dacă forțele de atracție între moleculele lichide și solide sunt mai multe forțe de atracție între moleculele lichide, atunci lichidul este numit umectare; Dacă forțele de atracție a fluidului și corpului solid sunt mai mici decât forțele de atracție între moleculele fluidului, atunci lichidul este numit non-pararallery. Acesta este corpul.
Același lichid poate fi umectat și nemulțumit în raport cu diferite corpuri. Așadar, apa ocupă paharul și nu umezește suprafața de grăsime, mercurul nu umezește paharul și nu se încadrează în cupru.
Uscăind sau non-scaun cu un lichid al pereților vasului în care este localizat, afectează forma unei suprafețe libere a fluidului în vas. În cazul în care un un numar mare de Fluidul este turnat în vas, forma suprafeței sale este determinată de forța gravitației, care asigură o suprafață plană și orizontală. Cu toate acestea, pereții foarte de umectare și fenomen fără probleme conduc la curbura suprafeței lichidului, așa-numitul efectele regionale.
Caracteristica cantitativă a efectelor de margine colțul regional θ este unghiul dintre planul tangent la suprafața lichidului și suprafața corpului solid. În interiorul unghiului de margine este întotdeauna fluid (Fig.4, A, B). La umezirea ei, va fi ascuțită (figura 4, a) și când este inspirată - blunt (figura 4, b). În cursul școlii, fizicienii consideră că numai umectarea completă (θ \u003d 0 °) sau neacoperirea completă (θ \u003d 180º).
Forțele asociate cu prezența tensiunii superficiale și vizează suprafața tangentă la suprafața lichidului, în cazul unei suprafețe convexe, ele dau rezultatul, îndreptate în lichid (figura 5, a). În cazul unei suprafețe concave, forța rezultată este îndreptată, dimpotrivă, spre limitarea gazului cu lichidul (fig.5, b).
Dacă lichidul de umectare se află pe suprafața deschisă a solidului (fig.6, a), ea apare răspândirea pe această suprafață. Dacă un lichid deschis este pe suprafața deschisă a corpului solid, este nevoie de o formă aproape de minge (figura 6, b).
Umerea este esențială atât în \u200b\u200bviața de zi cu zi, cât și în industrie. O culegere bună este necesară atunci când sunt vopsite, spălate, prelucrarea materialelor fotografice, aplicând acoperiri de vopsea, atunci când materiale de lipire, atunci când lipiți, în procesele de flotare (îmbogățirea minereurilor valoroase Rock). Dimpotrivă, atunci când sunt necesare dispozitive de impermeabilizare, materialele care nu sunt umede de apă.
Fenomenele capilare
Curbura suprafeței lichidului la marginile vasului este deosebit de vizibilă în tuburi înguste, în care întreaga suprafață liberă a fluidului este curbată. În tuburile cu o secțiune îngustă, această suprafață este parte a sferei, se numește menysky.. Un fluid de umectare este format un menisc concav (fig.7, a) și la convexul non-paralele (fig.7, b). Deoarece suprafața meniscului este mai mare decât suprafața secțiunii transversale a tubului, apoi sub acțiunea forțelor moleculare, suprafața curbată a fluidului încearcă să se îndrepte.
Forțele de tensiune de suprafață creează suplimentar (LAPLASOVO) Presiune sub suprafața curbată a lichidului.
Dacă suprafața lichidului concav, Rezistența tensiunii suprafeței este îndreptată din lichid (fig.8, a), iar presiunea sub suprafața concavă a fluidului este mai mică decât sub apartament, pe \\ (\\ p \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (R) \\). Dacă suprafața lichidului convex, Rezistența tensiunii suprafeței este îndreptată în interiorul lichidului (fig.8, b), iar presiunea sub suprafața convexă a lichidului este mai mare decât sub apartament, pe aceeași valoare.
Smochin. opt - Această formulă este un caz special cu formula Laplaceului, care determină excesul de presiune pentru suprafața arbitrară a lichidului curburii duble:
unde R. 1 I. R. 2 - Radiile de curbură a două secțiuni transversale normale reciproc perpendiculare ale suprafeței lichide. Raza de curbură este pozitivă dacă centrul de curbură al secțiunii corespunzătoare este în interiorul lichidului și este negativ dacă centrul de curbură este în afara lichidului. Pentru o suprafață cilindrică ( R. 1 = l.; R. 2 \u003d ∞) Overpressure \\ (~ p \u003d \\ dfrac (\\ sigma) (r) \\).
Dacă puneți un tub îngust ( capilar) într-un capăt la lichid, turnat într-un vas larg, apoi datorită prezenței presiunii de laplace de presiune, lichidul din creșterea capilară (dacă lichidul este umectat) sau omite (dacă lichidul este nemulțumit) (fig.9 , A, B), deoarece sub suprafața plană a fluidului nu există un vas de presiune în exces.
Fenomenele de modificare a înălțimii nivelului de fluid din capilare în comparație cu nivelul de fluid din vasele mari sunt numite fenomenele capilare.
Lichidul în capilare crește sau cade pe o asemenea înălțime h., în care puterea presiunii hidrostatice a coloanei fluide este egalizată de forța suprapresiunii, adică.
\\ (\\ dfrac (2 \\ sigma) (r) \u003d \\ rho \\ cdot g \\ cdot h. \\)
Unde \\ (\\ h \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (\\ rho \\ cdot g \\ cdot r) \\). Dacă umectarea nu este completă θ ≠ 0 (θ ≠ 180 °), apoi show-ul calculelor, \\ (~ h \u003d \\ dfrac (2 \\ sigma) (\\ rho \\ cdot g \\ cdot r) \\ cdot \\ cos \\ that \\).
Fenomenele capilare sunt foarte frecvente. Creșterea apei în sol, sistemul de vase de sânge din plămâni, sistemul de rădăcini în plante, wick și ceas de ceas - sisteme capilare.
Literatură
- Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teoria. Sarcini. Teste: studii. Manual pentru instituții care asigură producția de total. Media, Educație / L. Aksenovich, N.N.RAKINA, K. S. Farino; Ed. K. S. Fyrino. - Mn: Adukatsya I Vikhavanna, 2004. - C. 178-184.
Forțele de atracție între molecule de pe suprafața lichidului îi împiedică din mișcare dincolo de limitele sale.
Moleculele lichide se confruntă cu forțe de atracție reciprocă - de fapt, se datorează acestui fapt că fluidul instantaneu nu dispare. Pe moleculele din interiorul lichidului, forța de atracție a altor molecule acționează pe toate părțile și, prin urmare, se echilibrează reciproc. Moleculele de pe suprafața fluidului nu au vecini în afara, iar forța de atracție rezultată este îndreptată în interiorul lichidului. Ca rezultat, întreaga suprafață a apei se străduiește să rame sub influența acestor forțe. Prin agregat, acest efect duce la formarea așa-numitei forțe de tensiune de suprafață, care acționează de-a lungul suprafeței lichidului și duce la formarea similitudinii filmului invizibil, fin și elastic.
Una dintre consecințele efectului de tensiune a suprafeței este aceea de a crește suprafața lichidului - întinderea acestuia - este necesar să se facă o lucrare mecanică pentru a depăși forțele tensiunii suprafeței. În consecință, dacă lichidul este lăsat singur, acesta urmărește să ia forma la care suprafața sa va fi minimă. O astfel de formă, în mod natural, este sfera - de aceea picăturile de ploaie în zbor au o formă sferică (spun aproape ", deoarece picăturile din zbor sunt ușor trase din cauza rezistenței la aer). Din același motiv, apa scade pe corpul acoperit cu mașina de ceară proaspătă, merg la margele.
Forțele de tensionare a suprafeței sunt utilizate în industrie - în special atunci când se toarnă forme sferice, cum ar fi o fracțiune de pușcă. Picăturile de metal topit dau pur și simplu să rămână în zbor când se încadrează cu suficientă pentru această înălțime și ei înșiși înghețați în forma bilelor înainte de a cădea în recipientul de primire.
Puteți aduce o mulțime de exemple de forțe de tensiune de suprafață în acțiune din viața noastră de zi cu zi. Sub influența vântului asupra suprafeței oceanelor, mărilor și lacurilor, se formează valuri, iar această ruptură este un val în care forța de presiune internă a apei este egalizată prin acționarea forței de tensionare a suprafeței. Cele două forțe alternative și se formează valuri pe apă, la fel ca un val în șirul instrumentului muzical, datorită întinderii și comprimării alternative.
Va fi un lichid care va fi asamblat în "margele" sau un strat neted pe o suprafață solidă, depinde de raportul dintre forțele interacțiunii intermoleculare în lichide care provoacă tensiune suprafeței și forțele de atracție între moleculele lichide și suprafața solidă. În apă lichidă, de exemplu, rezistența tensiunii suprafeței se datorează legăturilor de hidrogen între molecule ( cm. Legături chimice). Suprafața de sticlă cu apă este umezită, deoarece sticla conține destul de puțini atomi de oxigen, iar apa formează cu ușurință legături de hidrogen nu numai cu alte molecule de apă, ci și cu atomii de oxigen. Dacă lubrifiați suprafața sticlei cu grăsime, legăturile de hidrogen nu vor fi formate, iar apa va fi colectată în picături sub influența legăturilor hidrogenului intern care determină tensiunea suprafeței.
În industria chimică din apă, reactivii speciali sequel sunt adesea adăugați - surfactanți- fără a da apă să se adune în picături pe orice suprafață. Acestea sunt adăugate, de exemplu, în detergenți lichizi pentru mașini de spălat vase. Constatarea în stratul de suprafață de apă, moleculele unor astfel de reactivi sunt slăbite considerabil de forțele tensiunii suprafeței, apa nu este asamblată în picături și nu se lasă pe suprafața spectacolului murdar după uscare ( cm.
Lichid– Substanța situată într-o stare agregată lichidă ocupă o poziție intermediară între solid și stații gazoși. Proprietatea principală a unui fluid care o deosebește de substanțe din alte state agregate este capacitatea de a schimba nelimitarea sub forma sub acțiunea de stres mecanic tangent, chiar atât de mic, păstrând practic volumul.
Informații generale Despre starea lichidă
Starea lichidă este de obicei considerată un intermediar între corpul solid și gaz: gazul nu păstrează nici volumul sau forma, iar corpul solid menține ambele.
Forma de corpuri lichide poate fi pe deplin sau parțial determinată de faptul că suprafața lor se comportă ca o membrană elastică. Deci, apa poate fi colectată în picături. Dar fluidul este capabil să curgă chiar sub suprafața sa fixă, iar acest lucru înseamnă, de asemenea, dezambalarea formei (părțile interne ale corpului lichid).
Moleculele lichide nu au o anumită poziție, dar în același timp, libertatea completă de deplasare nu este disponibilă. Între ele există o atracție, suficient de puternică pentru a le păstra la o distanță apropiată.
Substanța din starea lichidă există într-un anumit interval de temperatură, sub care se duce într-o stare solidă (cristalizare sau conversie în sticlă amorfă de stare solidă), de mai sus, gazoasă (evaporare). Limitele acestui interval depind de presiune.
De regulă, o substanță dintr-o stare lichidă are o singură modificare. (Cele mai importante excepții sunt fluidele cuantice și cristalele lichide.) Prin urmare, în majoritatea cazurilor, lichidul nu este doar o stare agregată, ci și o fază termodinamică (fază lichidă).
Toate fluidele sunt personalizate pe lichide și amestecuri curate. Unele amestecuri de lichide sunt de mare importanță pentru viață: sânge, apă de mare și alte lichide pot efectua funcția de solvent.
Proprietățile fizice ale lichidelor
1 ).Fluiditate
Proprietatea principală a fluidelor este fluiditatea. Dacă există o forță exterioară în zona de lichid în echilibru, apoi fluxul particulelor de fluid în direcția în care această forță este aplicată este: fluxurile lichide. Astfel, sub acțiunea forțelor externe dezechilibrate, lichidul nu păstrează forma și locația relativă a pieselor și, prin urmare, ia forma navei în care se află.
Spre deosebire de corpurile solide din plastic, fluidul nu are o rezistență la randament: este suficient să atașați o forță mică arbitrar, astfel încât lichidul să curgă.
2).Salvarea volumului
Una dintre proprietățile caracteristice ale fluidului este că are o anumită cantitate (cu condiții externe neschimbate). Lichidul este extrem de greu de stoarce mecanic, deoarece, spre deosebire de gaz, există foarte puțin spațiu liber între molecule. Presiunea produsă pe lichidul încheiat în vas este transmisă neschimbată în fiecare punct al volumului acestui lichid (legea lui Pascal, de asemenea pentru gaze). Această caracteristică, împreună cu compresibilitate foarte scăzută, este utilizată în mașinile hidraulice.
Lichidele măresc, de obicei, volumul (extind) atunci când este încălzit și redus volumul (comprimarea) la răcire. Cu toate acestea, sunt găsite și excepții, de exemplu, apa este comprimată atunci când este încălzită, sub presiune normală și temperatură de la aproximativ.
3).Viscozitate
În plus, lichidele (precum și gazele) sunt caracterizate de vâscozitate. Este definită ca abilitatea de a rezista mișcării uneia dintre părțile în raport cu altul, adică ca frecare interioară.
Când straturile adiacente ale fluidului se mișcă reciproc, moleculele se ciocnesc în mod inevitabil la acest lucru datorită mișcării termice. Există forțe pentru a frâna mișcarea ordonată. În acest caz, energia cinetică a unei mișcări ordonate se deplasează în energia termică a mișcării haotice a moleculelor.
Lichidul din vas, care este mutat și prevăzut la sine, se va opri treptat, dar temperatura sa va crește.
4).Amestecarea
Mixitatea lichidelor este dizolvată unul în celălalt. Exemplu de lichide mixte: apă și alcool etilic, un exemplu de non-dezordonat: apă și ulei lichid.
5).Formarea suprafeței libere și a tensiunii suprafeței
Datorită conservării volumului, lichidul este capabil să formeze o suprafață liberă. O astfel de suprafață este suprafața partiției de fază a acestei substanțe: pe o parte există o fază lichidă, în funcție de alte perechi (perechi) și, eventual, alte gaze, de exemplu aerul.
Dacă faza lichidă și gazoasă a acelorași contacte de substanță, apar forțe, care încearcă să reducă suprafața separării tensiunii suprafeței. Suprafața secțiunii se comportă ca o membrană elastică, care încearcă să împingă.
6).Valuri de densitate
Deși lichidul este extrem de dificil de comprimat, totuși, atunci când se schimbă presiunea, volumul și densitatea acestuia se schimbă încă. Acest lucru nu se întâmplă instantaneu; Deci, dacă un complot este comprimat, atunci o astfel de compresie este transmisă celorlalte secțiuni. Aceasta înseamnă că undele elastice sunt capabile de lichid, mai precis, valuri de densitate. Împreună cu densitatea, alte cantități fizice sunt schimbate, de exemplu, temperatura.
Dacă în timpul răspândirii valului, densitatea se schimbă suficient ușor, un astfel de val este numit undă de sunet sau sunet.
Dacă densitatea se schimbă suficient de puternică, atunci un astfel de val este numit un val de șoc. Undă de șoc este descrisă de alte ecuații.
Valurile de densitate din lichid sunt longitudinale, adică densitatea se schimbă de-a lungul direcției de propagare a undelor. Valurile elastice transversale din lichid sunt absente din cauza eșecului formei.
Valuri elastice În fluid, ei se estompează cu timpul, energia se mișcă treptat în energie termică. Cauze de atenuare - vâscozitate, "absorbție clasică", relaxare moleculară și altele. În acest caz, așa-numita vâscozitate secundă sau volum - frecare internă la schimbarea densității. Valul de șoc ca urmare a atenuării după un timp intră în sunet.
Valurile elastice din lichid sunt, de asemenea, expuse la împrăștierea heterogenităților care decurg din mișcarea de căldură haotică a moleculelor.
Structura lichidă.
Studii experimentale ale unei stări lichide a unei substanțe bazate pe observarea difracției cu raze X și a fluxurilor neutronice în timpul trecerii acestora prin intermediul mediilor lichide, găsite în lichid ordinul de mijloc. Prezența unei orientări în locația particulelor este la o mică distanță de orice poziție dedicată (fig.140).
Aranjamentul reciproc al particulelor învecinate în lichide este similar cu aranjamentul ordonat al particulelor adiacente în cristale. Cu toate acestea, această comandă în lichide se observă numai în interiorul volumelor mici. La distanțe: de la unele molecule selectate "centrale", un ordin este spart (- diametrul eficient al moleculei). Ordine similară în locația particulelor în lichide și se numește aproape de ordine .
Din cauza lipsei de lichid cu rază lungă de acțiune, pentru câteva excepții, caracteristica anizotropiei cristalelor nu este detectată. Din acest motiv, structura fluidului este uneori numită o cvasicristalină sau cristalină .
Pentru prima dată, ideea de apropiere a unor proprietăți ale lichidelor (în special a metalelor se topește) și a solidelor cristaline a fost exprimată și apoi dezvoltată în lucrările fizicii sovietice ya.i.frenkel 1930-1940. Conform punctelor de vedere ale Frankel, care a obținut acum recunoașterea universală, mișcarea termică a atomilor și a moleculelor din lichid constă în oscilații neregulate cu o frecvență medie aproape de frecvența oscilațiilor atomilor în corpurile cristaline. Centrul de oscilație este determinat de domeniul forțelor particulelor învecinate și se schimbă împreună cu deplasările acestor particule.
Este simplificată de o astfel de mișcare de căldură ca o suprapunere a salturilor relativ rare de particule dintr-o parte a aceluiași timp de echilibru la alte și oscilații termice în intervalele dintre salturi. Timpul mediu al șederii "stabilit" al moleculei fluide în apropierea unei poziții de echilibru este numită timp de relaxare.După ora din timp, molecula modifică locul de echilibru, un salt care se deplasează într-o poziție nouă, situată de cea precedentă pentru distanța de dimensiuni ale moleculelor în sine. Astfel, molecula se mișcă încet în interiorul lichidului. Cu o temperatură crescătoare, timpul scade, moleculele moleculelor vor crește, ceea ce schimbă vâscozitatea fluidelor (crește fluiditatea). Conform expresiei figurative, ya.i.frenkel, moleculele sunt urmărite pe tot parcursul volumului de fluid, conducând un stil de viață nomad, în care se înlocuiește în timpul perioadelor relativ lungi de stabilire a duratei de viață.
Corpurile solide amorfe (sticlă, rășină, bitum etc.) pot fi considerate ca lichide supercoolise ale căror particule din cauza vâscozității foarte crescute au mobilitate limitată.
Datorită ordonării mici a stării lichide, teoria fluidului este mai puțin dezvoltată decât teoria gazelor și a solidelor cristaline. Nu există o teorie completă de fluid.
Un tip special de lichide este unii compusi organiciconstând dintr-o molecule alungite sau în formă de disc sau așa-numitele cristale lichide. Interacțiunea dintre molecule în astfel de lichide încearcă să construiască axe lungi de molecule într-o anumită ordine. La temperaturi ridicate, mișcarea termică împiedică acest lucru, iar substanța este un lichid convențional. La temperaturi sub lichidul critic, apare o direcție evidențiată, apare o comandă de orientare pe distanțe lungi. Păstrarea principalelor caracteristici ale lichidului, de exemplu, fluiditatea, cristalele lichide au proprietățile caracteristice ale cristalelor solide - anizotropia proprietăților magnetice, electrice și optice. Aceste proprietăți (împreună cu fluiditatea) găsesc numeroase aplicații tehnice, de exemplu, în ceasuri electronice, calculatoare, telefoane mobile, precum și în monitoarele computerelor personale, televizoare, ca indicatori, tablouri de bord și ecrane pentru afișarea informațiilor digitale, de scrisori și analogice.
Tensiune de suprafata
Caracterul cel mai interesant al lichidelor este prezența suprafață liberă. Cu suprafața lichidului conectat energie gratisproporțional cu zona suprafeței libere a fluidului :. Deoarece energia liberă a unui sistem izolat este angajată la minimum, lichidul (în absența câmpurilor externe) încearcă să ia o formă având o suprafață minimă. Astfel, problema formei unui fluid este redusă la o problemă izoperimetrică în condițiile suplimentare specificate (distribuția inițială, volumul IT.P.). Dropul liber ia forma mingii, cu toate acestea, cu condiții mai complexe, problema formei suprafeței lichidului devine extrem de complexă.
Lichid, spre deosebire de gaze, nu umple întregul volum al navei în care este nanită. Între lichid și gaz (sau feribot), se formează granița partiției, care se află în condiții speciale în comparație cu restul fluidului. Moleculele din stratul de frontieră de lichid, spre deosebire de molecule în adâncime, sunt înconjurate de alte molecule ale aceluiași fluid, nu din toate părțile. Forțele interacțiunii intermoleculare care acționează asupra uneia dintre moleculele din interiorul lichidului din moleculele învecinate, în medie, compensate reciproc (fig.141).
Dar toate moleculele, inclusiv moleculele de strat de graniță, ar trebui să fie într-o stare de echilibru. Acest echilibru se realizează datorită unei anumite scăderi ale distanței dintre moleculele stratului de suprafață și cei mai apropiați vecini din interiorul lichidului. Cu o scădere a distanței dintre molecule, apariția forței de repulsie. Moleculele stratului de suprafață sunt ambalate oarecum mai strânse și, prin urmare, au o rezervă suplimentară de energie potențială în comparație cu moleculele interne. Prin urmare, moleculele stratului de suprafață de fluid au redundante comparativ cu moleculele din interiorul energiei potențiale lichide egală cu energia liberă. În ordine, energia potențială a suprafeței lichidului este proporțională cu zona sa :.Din mecanica se știe că stările de echilibru ale sistemului corespund valorii minime a energiei sale potențiale, adică. Suprafața liberă a fluidului urmărește reducerea zonei sale. Fluidul se comportă ca și cum pentru tangentul suprafeței sale există forțe care reduc (înăsprire) această suprafață. Aceste forțe sunt numite forțele de tensiune de suprafață .
Alegem un circuit închis pe suprafața lichidului. Pentru toate moleculele situate în interiorul acestui contur, toate forțele echilibrate reciproc. Cu toate acestea, pentru moleculele situate de-a lungul conturului, forțele sunt îndreptate spre exterior, sunt forțe externe; Ele sunt perpendiculare pe perimetru și tangente la suprafața lichidului. Aceste forțe care se întind pe film și sunt tensiunea de suprafață (figura 143).
 Smochin. 143. |
Prezența forțelor de tensiune de suprafață face ca suprafața lichidului să fie similară filmului elastic întins, cu singura diferență pe care forța elastică din film depinde de suprafața sa (adică pe modul în care filmul este deformat) și suprafața forțele de tensiune nu depinde De la suprafața suprafeței lichidului.
