Tensiunea superficială 1

Pentru a începe cu să ne amintim tot ceea ce știm despre tensiunea de suprafață. Acest fenomen este observat pe suprafața lichidului, și datorită faptului că moleculele de pe suprafața interacționează slab cu vapori de lichid, în timp ce o moleculă în sfera de experiență egală cu forța de atracție din partea tuturor vecinilor săi. Astfel, aceste forțe se anulează reciproc, iar rezultanta este egala cu zero. Aceeași moleculă, situată pe suprafața suferă atracție minimă de moleculele de vapori și mai mult - de mai jos de volumul de fluid. Drept urmare, rezultanta este non-zero și este îndreptată în jos.

energie de suprafață în exces numită energia potențială posedat de molecula în stratul de suprafață, în comparație cu energia potențială a acestora în volumul rămas al lichidului.

Pentru a reduce energia sa potențială (fiecare sistem tinde energia potențială minimă), lichidul tinde să reducă numărul de molecule pe suprafata - adică, reduce suprafața lor, în măsura în care este posibil, să se micșoreze.

Tensiunea superficială este numeric egală cu forța care acționează pe o unitate de lungime a perimetrului și umectat direcționat perpendicular pe perimetrul (N / m).

De asemenea, tensiunea superficială poate fi determinată prin muncă, care trebuie să fie efectuate în scopul de a mări suprafața lichidului (N / m).

Lucrarea de față este de a crește suprafața liberă a lichidului, și tensiunea superficială a unui lichid este numeric egală cu energia potențială a lichidului pe unitatea de suprafață a filmului (N / m).

Fenomenul Umezirea numit curburii suprafeței libere a lichidului din suprafața solidă datorită interacțiunii dintre molecule. Pentru a cuantifica într-un fel umezirea, se introduce unghiul de contact. Acesta este unghiul format de tangentele la suprafețele solidului și lichidului la punctul de contact. Lichidul trebuie astfel să fie într-un anumit unghi. Dacă o margine unghi ascuțit - lichidul se numește umectare solidă, și dacă blunt - non-umezirea. Dacă unghiul de contact este zero, unghiul de umectare ideală egal, corespunde unei perfecte non-umezire.

Diferența dintre unghiurile asociate cu interacțiunea intermoleculară a moleculelor de lichid și un corp solid, în cazul în care forța de atracție dintre moleculele de lichid și corpul solid este mai mare decât cea dintre moleculele de lichid una față de alta, lichidul va umectare. În cazul în care moleculele de fluid sunt atrase una de alta este mai puternic decât moleculele de lichid sunt atrase moleculele corpului solid - care este lichid non-umezire.

Datorită umectarea și suprafața lichidului neumectare este curbat în apropierea pereților vasului, care găzduiește un lichid. Dacă recipientul în sine este mic (aproape peretelui una de alta), întreaga suprafață curbată a lichidului, adoptând o formă convexă (non-umezire) sau concavă (umezire).

Umezirea și umectare lichidelor

Aceste suprafețe sunt numite meniscuri și tuburi înguste - capilare. Acea suprafață curbată conduce la o modificare a presiunii, presiunea este mai mare decât meniscul concav-laterală (cea în care centrul de curbură). Aceasta explică creșterea coloanei de lichid de umectare în coloana capilară și coborârea lichidului neumectare:

Amplitudinea acestei presiuni în exces poate fi determinată prin ecuația Laplace:

, și în care - razele de două arce perpendiculare reciproc a avut loc la un moment dat la suprafață.

Pentru o picătură sferică și

Pentru capilare unde R - raza capilarului, - raza de curbură a meniscului.

Pentru unele sarcini pot fi utile formula Young, care determină raportul coeficienților de tensiune de suprafață pentru suprafețe interfaciale (lg - gaz lichid, tl - solid-lichid, tg - solid-gaz).

Încercați să rezolve o serie de probleme?

1. Un genunchi U - Tub profilat având o rază r1 = 0,5 mm, și o alta - r2 = 1 mm. Găsiți diferența dintre nivelurile de apă la genunchi. tensiune superficială a apei σ = 0073 N / m. umezirea completă.

forța de tensiune superficială trebuie să echilibreze greutatea coloanei de lichid în capilar. Apoi greutatea lichidului și tensiunea superficială este produsul perimetrului liniei de contact (în cazul nostru - un cerc) pe tensiunea de suprafață :. Nu există nici o cosinusul unghiului de contact, ca unghiul de umectare și totalul este zero, iar cosinusul zero - 1. Obținem:

, Noi extinde înălțimea coloanei :. Calculat prin această înălțime coloană formula în capilar cu raza de 0,5 mm - 0, 0292 m, sau 29,2 mm și 1 mm în capilar înălțimea coloanei 0,0146 m, sau 14,6 mm. Diferența dintre prima și a doua înălțime este de 14,6 mm.

2. Un tub cu un diametru d = 1 mm mercur intern omisă o adâncime h = 5 mm. Găsiți unghiul de contact. Densitatea și tensiunea superficială a mercurului sunt: ​​ρrt = 13,6 g / cm3 și σrt = 0,47 N / m.

Noi folosim formula problemei anterioare, singurul lucru care se va schimba - adauga cosinusul unghiului de contact, deoarece umezirea nu este completă. Mercurul Greutatea și forța de tensiune superficială este egală cu produsul din perimetrul liniei de contact (cerc) pe tensiunea superficială :. De aici:

, și cosinusul unghiului de contact, nu uitați că în formula raza, și ne diametru dat.

.

3. Opt mercur picăturile sferice cu un diametru d = 1 mm fiecare îmbinare într-o singură picătură. Cum să iasă în evidență în această căldură?

Găsim volumul unui mic picătură: cubul. m

Găsim suprafața de picături mici: q. m

Opt picături dintr-o suprafață de metri pătrați. m

Acum vom defini domeniul de aplicare a unei picături mari, este de opt ori: cubul. m

Raza picătură mare:

Apoi, raza picăturilor mari: m

Și suprafața sa: q. metri.

Astfel, zona sa schimbat la q. metri.

Pentru a schimba suprafața lichidului (click pentru a mari), este necesar să se producă muncă. În cazul în care zona este redusă, energia este eliberată: J.

4. Găsiți raza de jos a meniscului din tub cu un diametru d interior = 0,59 mm, în cazul în care înălțimea h a coloanei de apă în ea este: a) 2,5 cm; b) 5 cm; c) 10 cm. umezirea completă.

Luați în considerare desen. meniscului de sus va fi întotdeauna concavă, de presiune, după cum știm, în acest caz, este îndreptată în sus. Deoarece umectare completă, cosinusul unghiului de contact este egal cu 1, iar unghiul - la zero:

Presiunea coloanei de lichid este îndreptată în jos și este egală cu :.

În primul caz :.

În al doilea caz :.

În al treilea caz :.

Astfel, în primul caz, când p_21 „title =“ p_1> p_21 „>, presiunea totală este îndreptată în jos și presiunea meniscului inferioare compensând aceasta, trebuie să fie îndreptată în sus, adică este concavă. În al doilea caz ambele presiuni sunt aproximativ egale cu:, astfel încât partea de jos va fi meniscului plat. În al treilea caz, iar presiunea totală este îndreptată în jos, în timp ce meniscul compensând această diferență, este convexă.

Găsim diferența de presiuni în primul și al treilea cazuri (în acesta din urmă este aproape de zero):

.

.

Definim acum razele meniscuri :,

În primul caz, raza de 5,9 mm sau concave.

În al treilea caz, raza de 2,9 mm sau convexă.