Презентация по физике Поверхностное натяжение

http://fotki.yandex.ru/calendar/users/lorikss/view/316899/ Поверхностное натяжение

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики Уильям Томсон (лорд Кельвин)

Каждая молекула, находящаяся вблизи поверхности жидкости стремится уйти внутрь жидкости и свободная поверхность, граничащая с воздухом, принимает наименьшую возможную величину. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости (силами, действующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа (или пара) можно пренебречь). В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. 1.Свойства поверхностного слоя жидкости.

Если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т. е. увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил ΔAвнеш, пропорциональную изменению ΔS площади поверхности: Если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т. е. увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил ΔAвнеш, пропорциональную изменению ΔS площади поверхности: Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная энергия Ep поверхности жидкости пропорциональна ее площади: Ep = Aвнеш = σS. ΔAвнеш = σΔS.

Коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу. В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м2) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м2).

1x=2Ϝx A=Ep2 - Ep1=2σS2 - 2σS1=2σ(S2 - S1) A=2σl x 2Ϝx=2σl x Ϝ=σl σ= 2. Сила поверхностного натяжения. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.

Направлена сила поверхностного натяжения по касательной к поверхности перпендикулярно границе поверхностного слоя

http://club.foto.ru/gallery/images/photo/2006/04/05/594797.jpg

Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. Поскольку при одном и том же объеме наименьшая площадь поверхности имеется у шара, жидкость в состоянии невесомости принимает форму шара. По этой же причине маленькие капли жидкости имеют шарообразную форму. Форма мыльных пленок на различных каркасах всегда соответствует наименьшей площади свободной   поверхности жидкости.

Мениск – искривлённая поверхность жидкости. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин. Если молекулы жидкости притя гиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей это вещество. Ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк. Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, где граничат твердое тело, жидкость и газ, внутри краевого угла всегда находится жидкость. 3.Явления на границе жидкость- твердое тело

Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкостей.

Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление Δp. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе 2πR разреза, и сил избыточного давления, действующих на площадь πR2 сечения. Условие равновесия записывается в виде Отсюда 4. Давление Лапласа. σ2πR = ΔpπR2

Избыточное давление внутри мыльного пузыря в два раза больше, так как пленка имеет две поверхности:

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются. Расчет высоты столба жидкости в капилляре. 1).Под действием результирующей силы натяжения создаётся дополнительное лапласово давление, которое вызывает подъём (опускание) жидкости. 5. Капиллярные явления.

Подъем (опускание) происходит до тех пор пока .

2) Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести Fт, действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей Fн сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: Fт = Fн, где Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Отсюда следует: При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1. В этом случае При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h <, 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

6. Задачи.