Fizică § 7

§ 7. stare lichidă.

1. Suprafața stratului de lichid. Forțele care acționează asupra moleculare rezultante moleculelor din interiorul fluidului este zero. Pe moleculele din stratul de suprafață acționează forțe moleculare rezultante, îndreptate spre interiorul lichidului (fig. 7.1). În acest sens, moleculele din stratul de suprafață au o energie potențială exces numită energie liberă. în comparație cu moleculele în lichid.

La fel ca toate sistemele de fluid tinde să ocupe o poziție cu potențial minim de energie, de exemplu, reduce suprafața liberă. Acest lucru este evident, de exemplu, că scăderea de lichid în imponderabilitate ia forma unei mingi, deoarece balonul are o suprafață minimă pentru o anumită valoare a volumului (fig. 7.2).

Odată cu reducerea ariei suprafeței forțelor moleculare efectuează lucrări care este proporțională cu variația în zonă:
A = S,
aici # 150; tensiunea superficială.

2. Tensiunea superficială. Dorința de a reduce suprafața lichidului liber dă naștere la suprafață forțe de întindere care acționează pe limita suprafeței libere perpendicular pe acestea, direcționată tangențial la suprafață. Acest lucru este cel mai clar manifestat în tensiunea de suprafață a filmelor de săpun.

Să presupunem că pe o buclă închisă formată de cele două șine și podul mobil, pelicula de săpun este întinsă (fig. 7.3). Într-un efort de a reduce suprafața liberă a filmului care acționează asupra tensiunii FH forță săritor. care provoacă jumper să se deplaseze la o distanță h. Atunci când se face acest lucru, care este egală cu produsul dintre forța care acționează asupra mișcării:
A = fN h.
Pe de altă parte, așa cum sa arătat mai sus, această lucrare este:
A = S.
Figura arată că schimbarea în zona suprafeței filmului este egală cu aria dreptunghiului:
S = l h,
Apoi, avem:
A = l h.
Echivala primit pentru expresia:
Fn h = l h
și după tăierea ambelor părți pentru a obține h formula de calcul a forțelor de tensiune de suprafață:

Astfel, tensiunea superficială este direct proporțională cu lungimea suprafeței libere a frontierei. Această formulă ne permite să formulăm următoarea definiție:
Coeficientul de tensiune superficială este numeric egală cu forța de tensiune superficială care acționează pe o unitate de lungime a limita suprafeței libere.
[] = H / m.

Cu creșterea temperaturii, tensiunea de suprafață descrește liniar și devine egală cu zero (fig. 7.4), la temperatura critică.
Cu Torons ABO și CBD de triunghiuri similare sunt proporționale, astfel încât să putem scrie:

Prin stabilirea segmentelor de date axe de lungime, obținem:

Aplicați proprietatea proporție:

și exprimând deci, obținem formula dependența de tensiune superficială de temperatură:

Pentru apa, de exemplu, în formula include parametrii:
0 = 0,0756 N / m. tcr = 374 ° C.

3. Umezirea. În cazul în care moleculele de lichid sunt atrași unul de celălalt este mai slabă decât moleculele unei substanțe solide, atunci spunem că umezește lichid substanță. De exemplu, apa umezește sticlă și nu udă ceara, mercurul umectează de cupru, zinc, și nu de sticlă udă.

Umezirea poate fi caracterizată prin unghiul de contact # 150; Unghiul dintre o suprafață solidă plană și un plan tangent la suprafața trecerii lichidului printr-un punct care se află pe marginea suprafeței libere (fig. 7.5). În cazul în care umezește lichid solidului, unghiul de contact este ascuțite, în cazul în care nu umezește # 150; prost.
De obicei, de umectare este o măsură a cosinusul unghiului de contact, care este pozitiv, în cazul în care umezește lichid solid, și este negativ atunci când nu este umezit. Dacă umezire completă, cos = 1, în acest caz, spread-urile lichide pe întreaga suprafață a solidului. Când complet cos non-umezire = # 150; 1, în acest caz, o picătură de lichid pe o suprafață orizontală trebuie să aibă o formă minge.

4. fenomene de capilaritate. Fenomenul de umezire și a tensiunii superficiale sunt cauza fenomenelor capilare.
Tubul capilar este un canal îngust, cu un diametru mai mic de 1 mm.
În cazul în care umezește lichide capilare, se ridică în interiorul acestuia deasupra nivelului suprafeței libere, în cazul în care nu se udă, scade sub nivelul (Fig. 7.6).

În cazul în care umezește fluidul capilarului, suprafața lichidului în ea este curbată (Figura 7.7). Dorința de a reduce suprafața lichidului liber conduce la o presiune Laplace. provocând creșterea lichid:

unde r # 150; raza capilar, cos # 150; umezire acțiune.

Evident, creșterea continuă atâta timp cât presiunea coloanei de lichid nu compensează presiunea Laplace, prin urmare:

Prin urmare, este posibil să se exprime înălțimea de ridicare lichid capilar:

5. frecarea internă în lichid. Atunci când se deplasează părți ale fluidului otnostitelno reciproc între straturi lichide cu forța de frecare internă. Motivul apariției acestora este interacțiunea dintre moleculele.

Rezistența frecarea internă care apare între straturile de fluid care se deplasează cu viteze diferite (. Figura 7.8), este direct proporțională cu diferența de viteză, suprafața straturilor S și distanța dintre x:

coeficient de viscozitate exprimă dependența forței de frecare internă de tipul de lichid și numeric egală cu forța de frecare internă care apar între straturi de o suprafață de 1 m 2 având diferența de viteză de 1 m / s, la o distanță de 1 m unul de altul.
[] = Pa s.
Cu creșterea temperaturii, vâscozitatea lichidului scade.

O consecință a vâscozității teoriei sunt mai multe formule care au o aplicație practică.
1. Forța de rezistență care acționează asupra sferei de rază R. se deplasează într-un mediu vâscos, cu o viteză:

2. Setați viteza bilei R. Raza având o densitate care se încadrează în vâscoasă densitate f medie.

3. Volumul de lichid care curge printr-un tub de rază r și de lungime l pe parcursul timpului t, când diferența de presiune la capetele p țeavă (formula Poiseuille):