Тема: Поверхневий натяг рідин і методи його визначення
1. У чому полягає сутність фізичного явища поверхневого натягу?
2. Який фізичний зміст коефіцієнта поверхневого натягу, від чого він залежить, яка його розмірність?
3. Перелічіть основні методи визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин. Отримайте розрахункову формулу для визначення поверхневого натягу рідин методом Ребіндера.
4. Методика визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин методом Ребіндера (лабораторна робота).
Сутність фізичного явища поверхневого натягу
Молекули, розташовані поблизу поверхні тіла в деякому тонкому поверхневому шарі, знаходяться в умовах, відмінних від умов всередині нього. На кожну молекулу всередині, наприклад, рідини (нехай це буде молекула 1) діють молекулярні сили тяжіння з боку сусідніх молекул, що оточують її з усіх боків (рис. 1). Результуюча цих сил (R) дорівнює нулю. Нехай над поверхнею рідини знаходиться пар, щільність якого в багато разів менше, і взаємодією його молекул з молекулами рідини можна знехтувати. Молекули, що знаходяться на поверхні (наприклад, молекула 2), притягуються тільки молекулами, що знаходяться всередині рідини (див. Рис. 1).
Під дією цих сил молекули поверхневого шару втягуються всередину, число молекул на поверхні зменшується, і площа поверхні рідини скорочується. Скорочення поверхні відбувається за рахунок сил поверхневого натягу, за допомогою яких закриваються утворилися порожні простору. Таким чином сила поверхневого натягу - це сила, яка направлена по дотичній до поверхні і прагне її скоротити.
Процес скорочення поверхні триває до тих пір, поки на поверхні залишиться таке число молекул, при якому її площа виявляється мінімальної для даного обсягу. З цієї причини маленькі краплі рідини мають кулясту форму: при заданому обсязі куля має найменшу з усіх фігур площею поверхні.
Фізичний сенс коефіцієнта поверхневого натягу, від чого він залежить, яка його розмірність
Можна показати, що сила поверхневого натягу пропорційна l, де l - довжина довільного відрізка, який умовно обраний на поверхні рідини (рис. 2):. (1)
де коефіцієнт залежить від роду рідини і зовнішніх умов, наприклад, від температури, і називається коефіцієнтом поверхневого натягу або просто поверхневий натяг.
З формули (1) слід так зване силове определеніекоеффіціента поверхневого натягу. Поверхневий натяг чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини кордону вільної поверхні рідини. Розмірність поверхневого натягу: =.
На попередньому занятті було дано енергетичне визначення коефіцієнта поверхневого натягу, згідно з яким коефіцієнт поверхневого натягу - поверхнева енергія, яка припадає на одиницю площі поверхні розділу (). Відповідно до даного визначення розмірність s в СІ - Дж / м 2. Дана розмірність рівнозначна наведеної вище, оскільки Дж = Н × м, і, отже.