Keďže povrchové napätie závisí od teploty tekutiny. Povrchové napätie
Definícia 1.
Povrchové napätie - Liečba tekutiny Znížte svoj vlastný voľný povrch, to znamená znížiť prebytok potenciálnej energie pri oddeľovacej hranici s plynnou fázou.
Nielen pevné fyzické telesá sú vybavené elastickými charakteristikami, ale aj povrchom samotnej tekutiny. Každý v jeho živote videl, ako je mydlový film natiahnutý s miernymi fúkanými bublinkami. Povrchové napínacie sily, ktoré sa vyskytujú v mydlovej fólii, sú držané na určité časové obdobie vzduchu, podobne ako kamera natiahnutá kamera ušetrí vzduch do futbalového lopty.
Povrchové napätie sa zobrazí na hranici hlavných fáz, napríklad plynných a kvapalných alebo kvapalných a tuhých látok. To je priamo spôsobené skutočnosťou, že elementárne častice povrchovej vrstvy kvapaliny vždy zažívajú rôzne silné stránky príťažlivosti zvnútra a vonku.
Tento fyzikálny proces je možné zvážiť príklad kvapky vody, kde sa tekutina pohybuje, akoby bol v elastickom plášti. Tu sú atómy povrchovej vrstvy kvapalnej látky priťahované k svojim vlastným vnútorným susedom silnejším ako na vonkajšie častice vzduchu.
Všeobecne platí, že povrchové napätie môže byť vysvetlené ako nekonečne malé alebo elementárne práce $ SIGMA A $, ktoré musí byť urobené na zvýšenie celkovej povrchovej plochy kvapaliny na nekonečne malú hodnotu $ DS $ na konzistentnej teplota $ DT $.
Mechanizmus na vznik povrchového napätia v kvapalinách
Obrázok 2. Skalárna pozitívna hodnota. AUTOR24 - Student Internet Exchange
Kvapalina, na rozdiel od pevný tel a plyny, nie je možné naplniť celý objem plavidla, v ktorom bola umiestnená. Medzi trajektom a kvapalnou látkou je vytvorená určitá hranica úseku, ktorá pôsobí za osobitných podmienok v porovnaní s inou hmotnosťou tekutiny. Zvážte viac vizuálneho príkladu, dva $ a $ a $ B $ molekuly. $ A $ častica je vo vnútri tekutiny samotná, $ B $ molekula je priamo na jeho povrchu. Prvý prvok je obklopený inými atómami kvapaliny jednotne, preto sa sila pôsobiaca na molekulu na časti častíc, ktoré spadajú do sféry intermolekulárnej interakcie, sú vždy kompenzované, alebo inými slovami, ich rovnaká sila je nula.
Molekula $ B $ na jednej strane je zarámovaná molekulami tekutiny a na druhej strane plynových atómov je celková koncentrácia z veľkej časti nižšia ako kombinácia elementárnych častíc tekutiny. Vzhľadom k tomu, tekutina na tekutine na $ $ B bude konať oveľa viac molekúl ako z ideálneho plynu, ktorý je nezabudnuteľnými všetkými intermolekulovými silami už môžu byť rovné nule, pretože tento parameter je zameraný vo vnútri objemu látky. Tak, aby molekula z hĺbky kvapaliny v povrchovej vrstve, je potrebné pracovať proti nekompenzovaným silám. A to znamená, že atómy úrovne blízkej povrchovej hladiny v porovnaní s časticami vo vnútri kvapaliny sú vybavené nadmernou potenciálnou energiou, ktorá sa nazýva povrchová energia.
Koeficient povrchového napätia
Obrázok 3. Povrchové napätie. AUTOR24 - Student Internet Exchange
Definícia 2.
Koeficient povrchu napätia je fyzickým ukazovateľom charakterizujúcim určitú kvapalinu a číselne sa rovná pomeru povrchovej energie na celkovú plochu tekutiny.
Vo fyzike je hlavná jednotka merania koeficientu povrchu napätia v koncepcii C (n) / (m).
Zadaná hodnota priamo závisí od:
- povaha kvapaliny (v "prchavých prvkoch, ako je alkohol, éter, benzín, koeficient povrchového napätia je výrazne nižší ako nestabilný - ortuť, voda);
- teplota kvapalnej látky (čím vyššia je teplota, tým menej konečného povrchu);
- vlastnosti ideálneho plynu, ohraničenie tejto tekutiny;
- prítomnosť stabilných povrchovo aktívnych prvkov, ako je pranie prášok alebo mydlo, ktoré môžu znížiť povrchové napätie.
Poznámka 1.
Treba tiež poznamenať, že parameter povrchového napätia nezávisí od počiatočnej plochy tekutiny.
Je tiež známy z mechaniky, že minimálna hodnota jej vnútornej energie vždy zodpovedá nezmeneným stavom systému. Kvôli takému fyzickému procesu, kvapalné telo sa často tvaruje s minimálnym povrchom. Ak by cudzie sily nemajú vplyv na kvapalinu alebo ich účinok je extrémne malý, jeho prvky do formy gule vo forme kvapky vody alebo mydla bubliny. Podobne sa voda začína chovať v beztiažnosti. Kvapalina sa pohybuje, ako keby na dotyčnom hlavnom povrchu, faktory, ktoré znižujú túto stredu akt. Tieto sily sa nazývajú povrchové napätie.
V dôsledku toho je možné koeficient povrchového napätia tiež možné určiť ako hlavný modul sily povrchovej napínacej sily, ktorá skutočne pôsobí na jednotku dĺžky počiatočného okruhu, ktorá obmedzuje voľné médium tekutiny. Prítomnosť týchto parametrov umožňuje povrch kvapalnej látky podobnej elastickej elastickej fólii, s jediným rozdielom, že nezmenené sily vo filme priamo závisia od jeho oblasti svojho systému a samotné sily povrchových ťahov sú schopné pracovať nezávisle. Ak si dal malú šijaciu ihlu na povrchu vody, hladká príde a nenechá jej utopiť.
Činnosť externý faktor Môžete opísať sklíčko ľahkého hmyzu, ako sú vodomery, pozdĺž celého povrchu zásobníkov. Noha týchto článkonožcov deformuje povrch vody, čím sa zvyšuje jeho plocha. V dôsledku toho sa vyskytuje pevnosť povrchu napätia, ktorá sa usiluje o zníženie takejto zmene v oblasti. Relaxačná sila bude vždy smerovaná výlučne kompenzáciou za dôsledok gravitácie.
Výsledok povrchového napätia
Pod vplyvom povrchového napätia sa malé množstvá tekutých médií snažia vziať sférický tvar, ktorý bude ideálny tak, aby vyhovoval najmenšej hodnote. okolitý. Prístup k konfigurácii lopty je dosiahnutý tým, tým väčší, čím viac slabšia je počiatočná pevnosť gravitácie, pretože malé kvapky povrchu napínacej sily výrazne prevyšuje účinok gravitácie.
Povrchové napätie sa považuje za jednu z najdôležitejších vlastností povrchov fázového oddielu. Priamo ovplyvňuje tvorbu jemných častíc fyzických telies a kvapalín počas ich separácie, ako aj na fúziu prvkov alebo bublín v hmly, emulzie, peny, na procese adhézie.
Poznámka 2.
Povrchové napätie Nastavuje formu budúcich biologických buniek a ich hlavných častí.
Zmena síl tohto fyzikálneho procesu ovplyvňuje fagocytózu a na procesy alveolárneho dýchania. V dôsledku tohto fenoménu môžu porézne látky držať obrovské množstvo kvapaliny na dlhú dobu, dokonca aj z vzduchovej pary, kapilárnych javov, ukladanie zmien vo výške hladiny tekutiny v kapilárach v porovnaní s hladinou tekutiny v širšej nádobe, sú velmi bezne. Prostredníctvom týchto procesov je zvýšenie vody v pôde spôsobené koreňovým systémom rastlín, pohyb biologických tekutín na systéme malých tubulov a ciev.
Cap, Cap ... Tu je ďalšia kvapka sa zhromaždila na výtokom žeriavu, opuchnutých a padol. Podobný obrázok je pre každého známy. Alebo teplé letné dažďové vody po pozemskej pôde - a opäť kvapky. Prečo presne kvapky? Aky je dôvod? Všetko je veľmi jednoduché: Dôvodom je povrchové napätie vody.
Toto je jedna z vlastností vody alebo vo všeobecnosti všetky kvapaliny. Ako viete, plyn vyplní celý objem, v ktorom nespadá, ale to to nemôže urobiť. Molekuly vo vnútri objemu vody sú obklopené rovnakými molekulami zo všetkých strán. Ale tie, ktoré na povrchu, na hranici kvapaliny a plynu, nie sú ovplyvnené nie zo všetkých strán, ale len časťou týchto molekúl, ktoré sú umiestnené vo vnútri objemu, nie sú na nich žiadne účinky.
V rovnakej dobe, sila na povrchu kvapaliny bude pôsobiť pozdĺž jej kolmého na povrch povrchu, ku ktorému pôsobí. V dôsledku pôsobenia tejto sily a povrchové napätie. Vonkajší prejav bude tvorbou podoby neviditeľného, \u200b\u200belastického filmu na hranici úseku. Kvôli účinkom povrchového napätia, kvapka vody bude mať formu gule ako tela, ktorá má najmenšiu oblasť pri danej objem.
Teraz môžete určiť, že povrchové napätie funguje na zmenu povrchu kvapaliny. Na druhej strane môže byť definovaná ako energia potrebná na rozbitie jednotiek povrchu. Povrchové napätie je možné na hranici kvapaliny a plynu. Je určená silou pôsobiacou medzi molekulami a IT prostriedky zodpovedné za volatilitu (odparovanie). Čím menšia veľkosť povrchového napätia, tým viac netopierov bude tekutina.
Je možné určiť, čo sa rovná vzorec pre jeho výpočet zahŕňa povrchovú plochu a ako už skôr, koeficient nezávisí od tvaru a veľkosti povrchu, ale je určená silou intermolekulárnej interakcie, t.j. Typ tekutiny. Pre rôzne kvapaliny bude jeho hodnota iná.
Povrchové napätie vody je možné zmeniť. To sa dosahuje zahrievaním, pridaním biologicky účinných látok, ako je mydlo, prášok, pasta. Jeho hodnota závisí od stupňa čistoty vody. Čistšia voda, množstvo povrchového napätia je väčšie a je horší len na ortuti vo svojom význame.
Zverejnený účinok je pozorovaný, keď sa kvapalina dostane do styku pevná látkaa plyn. Ak zasiahneme kvapku vody na povrch parafínu, potom to bude mať tvar lopty. Je to spôsobené tým, že sily, ktoré pôsobia medzi parafínom a poklesom, menším ako interakcia medzi sebou, v dôsledku ktorej sa objaví lopta. Keď sú sily pôsobiace medzi povrchom a kvapkami väčšie ako sily intermolekulárnej interakcie, voda je rovnomerne rozložená na povrch. Tento fenomén sa nazýva zmáčanie.
Vplyv zmáčavosti do určitej miery môže charakterizovať stupeň čistoty povrchu. Na čistom povrchu kvapky sa šíri rovnomerne, a ak je povrch kontaminovaný alebo pokrytý látkou, nie zmáčajúcou vodu, potom sa deje na guľôčky.
Ako príklad použitia povrchového napätia v priemysle, je možné odlievať liatie sférických častí, napríklad frakcie pre zbrane. Roztavené kovové kvapky jednoducho zmrazené za behu, pričom sférický tvar.
Povrchové napätie vody, podobne ako akúkoľvek inú tekutinu, je jedným z jeho dôležitých parametrov. Určuje niektoré vlastnosti kvapaliny - ako je volatilita (odparovanie) a zmáčavosť. Jeho hodnota závisí len od parametrov intermolekulárnej interakcie.
Najviac charakteristická vlastnosť tekutiny, ktorá ju odlišuje od plynu, je, že na hranici s plynom, kvapalina tvorí voľný povrch, ktorej prítomnosť vedie k výskytu javov špeciálneho druhu, nazývaného povrchné. Vyžaduje ich vzhľad fyzické podmienkyv ktorom sa nachádzajú molekuly blízko voľného povrchu.
Pre každú molekulu tekutiny sa silné látky príťažlivosti z okolitých molekúl usporiadaných z neho usporiadané vo vzdialenosti asi 10 -9 m (molekulárny polomer). Na molekule M. 1, nachádza sa vo vnútri kvapaliny (obr. 1), na strane rovnakých molekúl sú sily a uvoľnenie týchto síl je blízko nulovej.
Pre molekuly M. 2 Výsledné sily sa líšia od nuly a sú nasmerované do kvapaliny, kolmé na jeho povrch. Všetky molekuly tekutiny v povrchovej vrstve sú teda natiahnuté do kvapaliny. Ale priestor vo vnútri tekutiny je obsadený inými molekulami, takže povrchová vrstva vytvára tlak na kvapalinu (molekulový tlak).
Presunúť molekulu M. 3, umiestnené priamo pod povrchovou vrstvou na povrchu, je potrebné pracovať proti molekulárnym tlakovým silám. V dôsledku toho molekuly povrchovej vrstvy tekutiny majú dodatočnú potenciálnu energiu v porovnaní s molekulami vo vnútri kvapaliny. Táto energia sa nazýva energia.
Je zrejmé, že veľkosť povrchovej energie je väčšia, čím väčšia je oblasť voľného povrchu. Nechajte voľný povrch zmenený na δ S.Zároveň sa povrchová energia zmenila na (~ deteta w_p \u003d sigma cdot delta s), kde σ je koeficient povrchu. Ako je potrebné zmeniť túto zmenu
(~ A \u003d delta w_p, že (~ a \u003d sigma cdot delta s. \\ T
Preto sú (~ sigma \u003d dfrac (a) (delta s)).
Jednotka koeficientu povrchu v C je joule na meter štvorcový (J / m 2).
- hodnota je numericky rovná práci uskutočnenej molekulárnymi silami pri výmene oblasti voľného povrchu tekutiny pri 1 m2 pri konštantnej teplote.
Vzhľadom k tomu, že akýkoľvek systém za predpokladu, že sa snaží vziať takú pozíciu, v ktorej je jeho potenciálna energia najmenšia, kvapalina odhaľuje túžbu znížiť voľný povrch. Povrchová vrstva tekutiny sa správa ako natiahnutý gumový film, t.j. Celý čas sa snaží znížiť oblasť jeho povrchu na minimálne možné veľkosti pri danej objem.
Napríklad kvapka tekutiny v stave bezdôdze má sférický tvar.
Povrchové napätie
Vlastnosť tekutého povrchu možno odmietnuť interpretovať ako existenciu síl, ktoré sa snažia znížiť tento povrch. Molekula M. 1 (Obr. 2), ktorý sa nachádza na povrchu kvapaliny, interaguje nielen s molekulami, ktoré sú vo vnútri kvapaliny, ale aj s molekulami na povrchu kvapaliny umiestneného v oblasti molekulárneho účinku. Pre molekulu M. 1 je výsledný (~ VEC R) molekulárnych síl nasmerovaných pozdĺž voľného povrchu tekutiny, je nula a pre molekulu M. 2, ktorý sa nachádza na okraji povrchu kvapaliny, (~ VEC R \\ _ ~) a \\ t riadené normálnym na hranice voľného povrchu a na dotyčnom povrchu kvapaliny.
Výsledné sily pôsobiace na všetky molekuly na hranici voľného povrchu a existujú výkon povrchové napätie. Vo všeobecnosti pôsobí tak, že sa snaží znížiť povrch tekutiny.
Predpokladá sa, že sila povrchu napätia (~ VEC F) je priamo úmerná dĺžke l. Hranice povrchovej vrstvy tekutiny, pretože na všetkých častiach povrchovej vrstvy kvapaliny je molekula za rovnakých podmienok:
(~ F Sim L. \\)
V skutočnosti zvážte vertikálny obdĺžnikový rám (obr. 3, A, B), ktorý je vyvážená pohyblivá strana. Po odstránení rámu z roztoku mydla filmu sa pohyblivá časť pohybuje z polohy 1 V nariadení 2 . Vzhľadom k tomu, že film je tenká vrstva tekutiny a má dve voľné povrchy, nájdeme prácu vykonanú pri pohybe cez vzdialenosť h. = a. 1 ⋅ a. 2: A. = 2F⋅h.kde F. - sila pôsobiaca na rám z každej povrchovej vrstvy. Na druhej strane, (~ A \u003d sigma cdot delta s \u003d sigma cdot 2l cdot h).
Preto (~ 2f cdot h \u003d sigma cdot 2l cdot h pravmarrow f \u003d sigma cdot l, odkiaľ (~ sigma \u003d dfrac fl \\).
Podľa tohto vzorca je jednotka koeficientu povrchového napätia v C je Newton na meter (N / M).
Koeficient povrchového napätia σ je numericky rovný pevnosti povrchového napätia pôsobiaceho na jednotku limitov voľného povrchu tekutiny. Koeficient povrchového napätia závisí od povahy tekutiny, teploty a prítomnosti nečistôt. S rastúcou teplotou sa znižuje.
- Pri kritickej teplote, keď rozdiel medzi kvapalinou a parou zmizne, σ \u003d 0.
Nečistoty sa znižujú hlavne (niektoré zvýšenie) koeficient povrchu.
Povrchová vrstva tekutiny je teda elastická pretiahnutá fólia pokrývajúca celú kvapalinu a snaží sa ho zostaviť na jeden "pokles". Takýto model (elastický film) vám umožňuje určiť smer sily povrchového napätia. Napríklad, ak je film natiahnutý pod pôsobením vonkajších síl, pevnosť povrchového napätia bude smerovaná pozdĺž povrchu kvapaliny proti napínaniu. Tento stav sa však výrazne líši od napätia elastického gumového filmu. Elastický film sa natiahne v dôsledku zvýšenia vzdialenosti medzi časticami a pevnosť napätia sa zvyšuje, s natiahnutím kvapalného filmu, vzdialenosť medzi časticami sa nezmení a zvýšenie povrchu sa dosiahne ako výsledok prechodu molekúl z hrúbky kvapaliny do povrchovej vrstvy. Preto so zvýšením povrchu kvapaliny sa pevnosť povrchového napätia nemení (nejde o povrchovú plochu).
pozri tiež
- Kikoin A.K. O silách povrchového napätia // kvantifikovať. - 1983. - № 12. - P. 27-28
Zmáčanie
V prípade kontaktu s pevným telesom spojky sily molekúl tekutín s tuhým molekulam významná úloha. Správanie tekutiny bude závisieť od skutočnosti, že viac: priľnavosť medzi molekulami tekutiny alebo priľnavosť molekúl tekutiny s tuhými molekulami.
Zmáčanie - Fenomén vyplývajúci z interakcie molekúl tekutiny s tuhými molekulami. Ak sú sily príťažlivosti medzi kvapalnými a pevnými molekulami viac príťažlivými silami medzi kvapalnými molekulami, potom sa nazýva kvapalina zmáčanie; \\ T Ak sú sily príťažlivosti tekutého a pevného telesa menšie ako sily príťažlivosti medzi molekulami tekutiny, potom sa nazýva kvapalina nepatrný Toto je telo.
Rovnaká tekutina môže byť zmáčaná a neodhadzovaná vo vzťahu k rôznym telom. Takže voda premáva sklo a nie je vlhký povrch tuku, ortuť nie je vlhký sklo a premávať meď.
Zmáčanie alebo non-sedenie s kvapalinou nádobových stien, v ktorých sa nachádza, ovplyvňuje tvar voľného povrchu tekutiny v nádobe. Ak veľký počet Tekutina sa naleje do nádoby, tvar jeho povrchu je určený silou gravitácie, ktorá poskytuje plochý a horizontálny povrch. Avšak, samotné steny zmáčacieho a nečesajúceho fenoménu vedú k zakriveniu povrchu kvapaliny, tzv regionálne účinky.
Kvantitatívna charakteristika efektov okrajov regionálny kútik θ je uhol medzi rovinou dotyčkou na povrch kvapaliny a povrchu pevného telesa. Vnútri uhla hrana je vždy tekutina (obr. 4, A, B). Pri zmáčaní bude ostrý (obr. 4, A) a keď neuskutované - tupé (obr. 4, b). V školskom kurze zvážili fyzici len úplné zmáčanie (θ \u003d 0º) alebo úplné neopakovanie (θ \u003d 180º).
Sily spojené s prítomnosťou povrchového napätia a zamerané na povrch tangentu na povrchu kvapaliny, v prípade konvexného povrchu, dávajú výsledné, nasmerované do kvapaliny (obr. 5, A). V prípade konkávneho povrchu je výsledná sila nasmerovaná naopak smerom k hranici plynu kvapalinou (obr. 5, b).
Ak je zmáčavá tekutina na otvorenom povrchu pevnej látky (obr. 6, A), vyskytuje sa jeho šírenie na tomto povrchu. Ak je otvorená kvapalina na otvorenom povrchu pevného telesa, trvá tvar v blízkosti guľôčky (obr. 6, b).
Zmáčanie je nevyhnutné v každodennom živote aj v priemysle. Dobré zmáčanie je potrebné pri maľovaní, umývaní, spracovaní fotografických materiálov, aplikovanie lakovacích náterov, pri lepiacich materiáloch, pri spájkovaní, v flotácia procesoch (obohatenie orresov cenné rock). Naopak, pri stavebných vodotesných zariadení sú potrebné materiály, ktoré nie sú zvlhčené vodou.
Kapilárne javy
Zakrivovanie povrchu kvapaliny na okrajoch nádoby je zvlášť zreteľne viditeľné v úzkych rúrkach, kde je celý voľný povrch tekutiny zakrivený. V rúrkach s úzkym úsekom je tento povrch súčasťou gule, je nazývaný mesiaci. Zmáčavá tekutina je vytvorená konkávny meniscus (obr. 7, A) a na neparalizačnom - konvexe (obr. 7, b). Pretože povrchová plocha menisku je väčšia ako prierezová plocha trubice, potom pod pôsobením molekulárnych síl, zakrivený povrch tekutiny sa snaží vyrovnať.
Povrchové napínacie sily vytvárajú Ďalšie (Laplasovo) Tlak pod zakriveným povrchom kvapaliny.
Ak je povrch kvapaliny konkávny, Sila povrchového napätia je nasmerovaná z kvapaliny (obr. 8, A) a tlak pod konkávnym povrchom tekutiny je menší ako pod plochou, na (~ p \u003d DFrac (2 SIGMA) (R)). Ak je povrch kvapaliny konvexný, Sila povrchového napätia je zameraná vo vnútri kvapaliny (obr. 8, b) a tlak v konvexnom povrchu kvapaliny je väčší ako v rovine, na rovnakej hodnote.
Obr. osem - Tento vzorec je špeciálny prípad vzorec laplace, ktorý určuje prebytočný tlak pre ľubovoľný povrch kvapaliny dvojnásobného zakrivenia:
kde R. 1 I. R. 2 - Radii zakrivenia dvoch akýchkoľvek vzájomne kolmých normálnych prierezov povrchu kvapaliny. Polomer zakrivenia je pozitívny, ak je zakrivené centrum zodpovedajúcej časti vo vnútri kvapaliny a je negatívny, ak je zakrivené centrum mimo kvapaliny. Pre valcový povrch ( R. 1 = l.; R. 2 \u003d ∞) Pretlak (~ P \u003d DFrac (SIGMA) (R)).
Ak si dal úzku trubicu ( kapilár) U jedného konca kvapaliny, naleje do širokej nádoby, potom v dôsledku prítomnosti tlakového tlaku tlak, kvapalina v kapiláry stúpa (ak je kvapalina zmáčaná) alebo vynechaná (ak je kvapalina neodmazaná) (Obr. 9 , A, B), pretože pod plochým povrchom tekutiny nie je prebytočná tlaková nádoba.
Fenomény zmien vo výške úrovne tekutiny v kapilárach v porovnaní s hladinou tekutiny v širokých plavidlách sa nazývajú kapilárne javy.
Kvapalina v kapiláry stúpa alebo padá na takú výšku h., v ktorom je sila hydrostatického tlaku tekutiny stĺpca vyrovnaná silou pretlaku, t.j.
(~ DFrac (2 SIGMA) (R) \u003d RHO CDOT G CDOT H. \\ T
Kde (~ h \u003d dfrac (2 SIGMA) (RHO CDOT G CDOT R)). Ak zmáčanie nie je dokončené θ ≠ 0 (θ ≠ 180 °), potom výpočty vykazujú, (~ H \u003d DFrac (2 SIGMA) (RHO CDOT G CDOT R) CDOT COS \\ THOA).
Kapilárne javy sú veľmi časté. Zvyšovanie vody v pôde, systém krvných ciev v pľúcach, koreňový systém v rastlinách, knot a hodinových papieroch - kapilárnych systémov.
Literatúra
- AKSENOVICH L. A. Fyzika na strednej škole: teória. Úloh. Testy: Štúdie. Manuál pre inštitúcie zabezpečujúce výrobu celkového počtu. Médiá, Vzdelanie / L. AKSENOVICH, N.N.RAKINA, K. S. FARINO; Ed. K. S. Farino. - MN: Adukatsya I Vikhavanna, 2004. - C. 178-184.
Sily príťažlivosti medzi molekulami na povrchu kvapaliny ich držia z pohybu mimo jej limitov.
Kvapalné molekuly zažijú vzájomné atrakcie sily - v skutočnosti je to kvôli tomu, že tekutina okamžite nezmizne. Na molekulách vo vnútri kvapaliny, sila príťažlivosti iných molekúl pôsobí na všetkých stranách, a preto sa navzájom vyrovnávajú. Molekuly na povrchu tekutiny nemajú susedov vonku a výsledná sila príťažlivosti je zameraná vo vnútri kvapaliny. V dôsledku toho sa celý povrch vody usiluje o hovno pod vplyvom týchto síl. Agregátom tento efekt vedie k vytvoreniu tzv. Sily povrchu sily, ktorá pôsobí pozdĺž povrchu kvapaliny a vedie k tvorbe podobnosti neviditeľného, \u200b\u200bjemného a elastického filmu.
Jedným z dôsledkov účinku povrchového napätia je, že na zvýšenie plochy kvapaliny - jeho napínanie - je potrebné vykonať mechanickú prácu na prekonanie silách povrchového napätia. V dôsledku toho, ak je tekutina ponechaná sama, snaží sa vziať formu, pri ktorej bude jeho povrchová plocha minimálna. Takáto forma, prirodzene, je guľa - to je dôvod, prečo dažďové kvapky v lete berú takmer sférický tvar (hovorím "takmer", pretože kvapky v lete sú mierne vytiahnuté v dôsledku odolnosti vzduchu). Z toho istého dôvodu sa kvapky vody na tele pokryté čerstvým voskom vozidla.
Povrchové napínacie sily sa používajú v priemysle - najmä pri odlievaní sférických foriem, ako je frakcia pušky. Kvapky roztaveného kovu jednoducho dávajú držať sa na lietať, keď padajú s dostatočným množstvom na túto výšku, a oni sami zmrazia v tvare guľôčok pred tým, než spadajú do prijímacej nádoby.
Môžete priniesť veľa príkladov povrchových ťahových síl v akcii z nášho každodenného života. Pod vplyvom vetra na povrchu oceánov, morí a jazerách sa vytvoria vlnky a toto zvlnenie je vlnou, v ktorej je vnútorná tlaková sila vody vyrovnaná pôsobením nadol nadol napnutého sily. Dva z týchto silách alternatívne a vlnky sú vytvorené na vode, rovnako ako vlna v reťazci hudobného nástroja je vytvorená v dôsledku alternatívneho natiahnutia a kompresie.
Tam bude kvapalina na montáž do "guľôčok" alebo hladkej vrstvy na pevnom povrchu, závisí od pomeru sily intermolekulárnej interakcie v kvapalinách, ktoré spôsobujú povrchové napätie a príťažlivé sily medzi molekulami kvapaliny a pevným povrchom. V tekutej vode je napríklad pevnosť povrchového napätia spôsobená vodíkovými väzbami medzi molekulami ( cm. Chemické väzby). Sklenený povrch s vodou je zmáčaný, pretože sklo obsahuje pomerne niekoľko atómov kyslíka a voda ľahko tvorí vodíkové väzby nielen s inými molekulami vody, ale aj s atómami kyslíka. Ak namažíte povrch skla s tukom, nebudú vytvorené vodíkové väzby a voda sa zozbiera v kvapkách pod vplyvom vnútorných vodíkových väzieb, ktoré určujú povrchové napätie.
V chemickom priemysle vo vode sa často pridávajú špeciálne následky reagencie - povrchovo aktívne látky- bez toho, aby sa voda dostala do kvapiek na ľubovoľnom povrchu. Pridávajú sa napríklad v kvapalných detergentoch umývačka riadu. Nájdenie do povrchovej vrstvy vody, molekuly takýchto činidiel sú výrazne oslabené silkami povrchového napätia, voda nie je zostavená do kvapiek a nenechá po povrchu špinavej škvrny po sušení ( cm.
Tekutý– Látka umiestnená v stave kvapalného agregátu zaberá medzivrstvu medzi pevnou látkou a plynné stavy. Hlavným vlastníctvom tekutiny, ktorá ju odlišuje od látok v iných agregovaných štátoch, je schopnosť neobmedzene zmeniť formu pod pôsobením tangenčných mechanických namáhaní, dokonca aj ako malé, prakticky zachováva objemu.
Všeobecné informácie O tekutom stave
Kvapalný stav sa zvyčajne považuje za medziprodukt medzi pevným telesom a plynom: plyn nezacháva ani hlasitosť ani formulára a pevné teleso udržuje oboje.
Forma tekutých telies môže byť úplne alebo čiastočne určená tým, že ich povrch sa chová ako elastická membrána. Takže voda sa môže zbierať do kvapiek. Ale tekutina je schopná tečúca aj pod jeho pevným povrchom, čo znamená, že tiež znamená nestratenie tvaru (vnútorné časti tekutého telesa).
Kvapalné molekuly nemajú určitú polohu, ale zároveň nie je k dispozícii úplná sloboda posunov. Medzi nimi je atrakcia, dostatočne silná, aby ich udržala v tesnej blízkosti.
Látka v tekutickom stave existuje v určitom teplotnom rozsahu, pod ktorou ide do pevného stavu (kryštalizácia alebo konverzia na tuhé amorfné sklo), vyššie, plynné (odparovanie). Hranice tohto intervalu závisia od tlaku.
Látka v tekutom stave má spravidla iba jednu modifikáciu. (Najdôležitejšie výnimky sú kvantové tekutiny a kvapalné kryštály.) Preto je vo väčšine prípadov kvapalina nielen agregovaný stav, ale aj termodynamická fáza (kvapalná fáza).
Všetky tekutiny sú prispôsobené na čisté kvapaliny a zmesi. Niektoré kvapalinové zmesi majú veľký význam pre život: krv, morská voda a iné kvapaliny môžu vykonávať funkciu rozpúšťadla.
Fyzikálne vlastnosti kvapalín
1 ).Tekutosť
Hlavným vlastnosťou tekutín je plynulosť. Ak existuje vonkajšia sila na plochu kvapaliny v rovnováhe, potom prúdenie tekutých častíc v smere, v ktorom sa táto sila aplikuje, je: tekuté toky. Tak, v pôsobení nevyvážených vonkajších síl, kvapalina nezachováva formu a relatívne umiestnenie častí, a preto má tvar nádoby, v ktorom sa nachádza.
Na rozdiel od plastových pevných telies, tekutina nemá silu výťažok: postačuje na pripojenie ľubovoľne malú silu tak, aby tekutina prúdi.
2).Objem
Jednou z charakteristických vlastností tekutiny je, že má určité množstvo (s nezmenenými vonkajšími podmienkami). Kvapalina je mimoriadne ťažké vytlačiť mechanicky, pretože na rozdiel od plynu je medzi molekulami veľmi malý voľný priestor. Tlak vyrobený na kvapaline uzatvorenej v nádobe sa prenáša voči každému bodu objemu tejto kvapaliny (Pascal's Law, tiež pre plyny). Táto funkcia spolu s veľmi nízkou stlačiteľnosťou sa používa v hydraulických strojoch.
Kvapaliny zvyčajne zvyšujú hlasitosť (rozbaliť) pri zahrievaní a zníženom objeme (komprimujú) pri chladení. Avšak výnimky sa tiež nachádzajú napríklad voda, keď je zahrievaná, za normálneho tlaku a teploty od približne.
3).Viskozita
Okrem toho sú kvapaliny (ako aj plyny) charakterizované viskozitou. Je definovaný ako schopnosť odolávať pohybu jednej z častí v porovnaní s iným, to znamená, že ako vnútorné trenie.
Keď sa priľahlé vrstvy tekutiny pohybujú voči sebe navzájom, molekuly sa nevzťahujú nevyhnutne na to, že v dôsledku tepelného pohybu. Existujú sily na brzdný stav. V tomto prípade sa kinetická energia objednaného pohybu pohybuje do tepelnej energie chaotického pohybu molekúl.
Kvapalina v nádobe, ktorá sa pohybuje a poskytuje sama sám, sa postupne zastaví, ale jeho teplota sa zvýši.
4).Zmiešanosť
Mixovateľnosť kvapalín sa rozpustí v sebe. Príklad zmiešaných kvapalín: voda a etylalkohol, príklad nekomorovanej: voda a kvapalný olej.
5).Tvorba voľného povrchu a povrchového napätia
Kvôli zachovaniu objemu je kvapalina schopná vytvárať voľný povrch. Takýto povrch je povrchom fázovej oddiely tejto látky: Na jednej strane je kvapalná fáza, podľa ďalších plynných (párov), a prípadne iných plynov, napríklad vzduchu.
Ak kvapalná a plynná fáza rovnakej látky kontaktov, vznikajú sily, ktoré sa snažia znížiť povrchovú plochu separácie povrchového napätia. Povrch časti sa správa ako elastická membrána, ktorá sa snaží tlačiť.
6).Vlny hustoty
Hoci kvapalina je mimoriadne ťažké komprimovať, napriek tomu, keď sa tlak zmení, jeho objem a hustota sa stále menia. Toto sa nestane okamžite; Takže, ak je jeden graf stlačený, potom sa takáto kompresia prenáša do ostatných častí. To znamená, že elastické vlny sú schopné vo vnútri kvapaliny, konkrétnejšie, vlny hustoty. Spolu s hustotou sa menia aj iné fyzikálne veličiny, napríklad, teplota.
Ak počas šírenia vlny sa hustota zmení dostatočne mierne, taká vlna sa nazýva zvuková vlna alebo zvuk.
Ak hustota sa dostatočne zmení, potom sa takáto vlna nazývajúca vlnu. Šoková vlna je opísaná v iných rovniciach.
Vlny hustoty v kvapaline sú pozdĺžne, to znamená, že hustota sa mení pozdĺž smeru šírenia vlny. Priečny elastické vlny v kvapaline chýbajú v dôsledku zlyhania formulára.
Elastické vlny V tekutine, oni strácajú čas, ich energia sa postupne pohybuje do tepelnej energie. Príčiny zoslabenia - viskozita, "klasická absorpcia", molekulárna relaxácia a ďalšie. V tomto prípade, tzv. Druhá alebo objemová viskozita - vnútorné trenie pri zmene hustoty. Šoková vlna v dôsledku zoslabenia po chvíli ide do zvuku.
Elastické vlny v kvapaline sú tiež vystavené rozptylu o heterogénnosti vyplývajúcich z chaotického tepelného pohybu molekúl.
Kvapalná štruktúra
Experimentálne štúdie tekutý stav Látky založené na pozorovaní rôntgenovej difrakcie a neutrónových tokov pri prechode cez kvapalné médiá, našli prítomnosť v kvapaline stredný poriadok. Prítomnosť určitej starostu v umiestnení častíc je len v malej vzdialenosti od akejkoľvek vyhradenej polohy (obr. 140).
Vzájomné usporiadanie susedných častíc v tekutinách je podobné usporiadanému usporiadaniu susedných častíc v kryštáloch. Toto usporiadanie v tekutinách je však pozorované len v malých množstvách. Pri vzdialenostiach: Z niektorých vybraných "centrálnych" molekúl je usporiadaný rozbitý (-effektívny priemer molekuly). Podobný poriadok v mieste častíc v tekutinách a sa nazýva blízko objednávky .
Kvôli nedostatku tekutiny s dlhou doskou, na niekoľko výnimiek sa nezistí anizotropia charakteristika kryštálov. Z tohto dôvodu sa štruktúra tekutiny niekedy nazýva kvasikryštalický alebo kryštalický .
Prvýkrát, myšlienka blízkosti niektorých vlastností kvapalín (najmä kovových taveniny) a kryštalických tuhých látok bola exprimovaná a potom sa vyvinula v dielach sovietskej fyziky ya.i.frenkel 1930-1940. Podľa názorov Frankel, ktorý teraz získal univerzálne rozpoznávanie, tepelný pohyb atómov a molekuly v kvapaline sa skladá z nepravidelných oscilácie s priemernou frekvenciou v blízkosti frekvencie oscilácie atómov v kryštalických telesách. Oscillačné centrum je určené oblasťou síl susedných častíc a posunie spolu s posumami týchto častíc.
Je zjednodušený takýmto tepelným pohybom ako prekrývajúc relatívne vzácnymi skoky častíc z jednej strany rovnakého času rovnováhy k iným a tepelným osciláciám v intervaloch medzi skokmi. Priemerný čas "usadzovaného" pobytu molekuly tekutiny v blízkosti určitej rovnovážnej polohy sa nazýva relaxačný čas.Po čase času molekula zmení miesto rovnováhy, skok, ktorý sa pohybuje do novej pozície, ktorá sa nachádza od predchádzajúceho na vzdialenosť veľkostí samotných molekúl. Molekula sa teda pomaly pohybuje vo vnútri kvapaliny. S rastúcou teplotou sa časom znižuje, že molekuly molekúl sa zvýšia, čo mení viskozitu tekutín (zvyšuje plynulosť). Podľa obrazového výrazu, ya.i.frenkel, molekuly sú sledované v celom objeme tekutiny, čo vedie kočovný životný štýl, v ktorom sa krátkodobý pohyb nahradený relatívne dlhými obdobiami usadzovania života.
Amorfné pevné telesá (sklo, živica, bitúmen, atď.) Môžu byť považované za supercolezované kvapaliny, ktorých častice v dôsledku vysoko zvýšenej viskozity majú obmedzenú mobilitu.
Kvôli malému usporiadaniu tekutého stavu je teória tekutiny menej rozvinutá ako teória plynov a kryštalických pevných látok. Neexistuje žiadna úplná teória tekutiny.
Osobitný typ kvapalín je niektorý organické zlúčeninypozostávajúce z predĺžených alebo kotúčových molekúl, alebo takzvaných tekutých kryštálov. Interakcia medzi molekulami v takýchto tekutinách sa snaží stavať dlhé osi molekúl v určitom poradí. Pri vysokých teplotách je tepelný pohyb zabraňuje tomu, a látka je konvenčná kvapalina. Pri teplotách pod kritickú kvapalinu sa objaví zvýraznený smer, vyskytne sa poradie orientácie s dlhou doskou. Udržiavanie hlavných znakov kvapaliny, napríklad tekutosť, tekuté kryštály majú charakteristické vlastnosti pevných kryštálov - anizotropie magnetických, elektrických a optických vlastností. Tieto vlastnosti (spolu s plynulosťou) nájdu početné technické aplikácie, Napríklad v elektronických hodinkách, kalkulačkách, mobilné telefóny, ako aj v monitoroch osobných počítačov, televízorov, ako indikátorov, hodnotiacej tabuľky a obrazoviek na zobrazenie digitálnych, listových a analógových informácií.
Povrchové napätie
Najzaujímavejšou rien kvapalín je prítomnosť voľný povrch. S povrchom pripojeného kvapaliny bezplatná energiaúmerná ploche voľného povrchu tekutiny :. Vzhľadom k tomu, voľná energia izolovaného systému je zaviazaná na minimum, kvapalina (v neprítomnosti vonkajších polí) sa snaží mať tvar, ktorý má minimálnu plochu. Problém formy tekutiny je teda redukovaný na izoperimetrický problém zadaných dodatočných podmienok (počiatočná distribúcia, objem IT.P.). Voľný pokles berie tvar lopty, ale s zložitejšími podmienkami, problém tvaru povrchu kvapaliny sa stáva extrémne zložitým.
Kvapalina, na rozdiel od plynov, nevyplní celý objem plavidla, v ktorom je nanitída. Medzi kvapalinou a plynom (alebo trajektom) je vytvorená hranica oddielu, ktorá je za zvláštnych podmienok v porovnaní so zvyškom tekutiny. Molekuly v pohraničnej vrstve tekutiny, na rozdiel od molekúl vo svojej hĺbke, sú obklopené inými molekulami tej istej tekutiny nie zo všetkých strán. Sily intermolekulárnej interakcie pôsobiaceho na jednej z molekúl vo vnútri kvapaliny zo susedných molekúl, v priemere, vzájomne kompenzované (obr. 141).
Ale všetky molekuly, vrátane molekúl hraničných vrstiev, by mali byť v stave rovnováhy. Táto rovnováha sa dosahuje z dôvodu určitého zníženia vzdialenosti medzi molekulami povrchových vrstvov a ich najbližšími susedmi vo vnútri kvapaliny. S poklesom vzdialenosti medzi molekulami vzniká responsion sila. Molekuly povrchových vrstiev sú zabalené trochu tesnejšie, a preto majú dodatočnú rezervu potenciálnej energie v porovnaní s vnútornými molekulami. Teda, molekuly povrchovej vrstvy tekutiny majú nadbytočnú v porovnaní s molekulami vo vnútri kvapalnej energetiky rovná voľnej energii. V poriadku je potenciálna energia povrchu kvapaliny úmerná svojej ploche :. \\ TZ mechaniky je známe, že rovnovážne štáty systému zodpovedajú minimálnej hodnote svojej potenciálnej energie, t.j. Voľný povrch tekutiny sa snaží znížiť svoju oblasť. Tekutina sa správa ako keby pre dotyčnicu jeho povrchu boli sily, ktoré znižujú (utiahnutie) tohto povrchu. Tieto sily sa nazývajú sily povrchového napätia .
Na povrchu tekutiny si vyberieme určitý uzavretý okruh. Pre všetky molekuly ležiace vo vnútri tohto obrysu, všetky sily vzájomne vyvážené. Avšak, pre molekuly umiestnené pozdĺž obrysu sú sily smerujúce von, sú vonkajšie sily; Sú kolmé na obvod a dotyčnicu na povrchu kvapaliny. Tieto sily napínajúce film a sú povrchové napätie (obr. 143).
 Obr. 143. |
Prítomnosť povrchových ťahových síl robí povrch kvapaliny podobný elastickej pretiahnutej fólii, s jediným rozdielom, že elastická sila vo fólii závisí od jeho plochy (to znamená, ako je film deformovaný), a povrch napínacie sily nezávisia Z povrchu povrchu kvapaliny.
