Тема: Рідкий стан речовини. Властивості рідин

Поверхневий натяг. Сили поверхневого натягу. Коефіцієнт поверхневого натягу та його властивості. Способи визначення коефіцієнта поверхневого натягу. Використання поверхневого натягу в природі. Змочування та капілярність. Поняття про в'язкість середовища.

Основні положення та означення.

1.Рідина — агрегатний стан речовини, проміжний між твердим і газоподібним. Рідина має деякі властивості, характерні для твердого тіла (зберігає об'єм, утворює поверхню, характеризується певною міцністю на розрив) і газу (набуває форми посудини, в якій міститься), водночас має ряд притаманних лише рідині властивостей.

2. Рідини мають такі властивості:

· займають певний об'єм, бо Е_кін < Е_пот (обумовлено міжмоле­кулярною взаємодією);

· спричиняють поверхневий (молекулярний) тиск, бо молекули поверхневого шару стискають рідину;

· нестисливі, бо великий молекулярний тиск.

· текучі, тобто набирають форми посудини,

· проявляють в'язкість, бо під час зсування шарів виникають сили внутрішнього тертя, що залежать від речовини, температури, тиску;

3. На поверхні поділу рідини і її пари виникає сила, зумовлена різною молекулярною взаємодією суміжних середовищ.

Кожна молекула розміщена всередині об'єму рідини, рівномірно оточена сусідніми молекулами і взаємодіє з ними, а рівнодійна цих сил дорівнює нулю. На молекули рідини у поверхневому шарі діють їх сусіди результуючими силами R, які прагнуть втягти молекули всередину рідини. Зазнаючи однобічної дії, напрямленої всередину рідини, молекули поверхневого шару стискають рідину, чинять на неї тиск, який називають молекулярним. Поверхня має надлишкову енергію і поводиться подібно до пружної плівки, яка намагається скоротитися так, щоб вільна поверхня рідини стала мінімальною. Це сприймається як поверхневий натяг.

Сили, які діють у дотичній до поверхні площині, перпендикулярно до межі, стягуючи поверхню, називають силами поверхневого натягу.

4. Коефіцієнт поверхневого натягу:

· — це фізична величина, яка показує енергію, що припадає на одиницю площі вільної поверхні рідини і визначається відношенням поверхневої енергії (енергії перенесення молекул на поверхню) до площі цієї поверхні ;

· — це фізична величина, яка дорівнює відношенню сили поверхневого натягу, прикладеної до межі поверхневого шару рідини і напрямленої по дотичній до поверхні, до довжини цієї межі (Позначається літерою –σ, одиниця вимірювання – ньютон поділено на метр (Н/м)).

·

5. Коефіцієнт поверхневого натягу σ залежить від:

- роду речовини; (; )

- температури (при підвищенні зменшується; при критичній температурі =0) (; )

- домішок (; )

6.Способи визначення коефіцієнта поверхневого натягу:

7.Змочування — явище, яке виникає під час зіткнення рідини з поверхнею твердого тіла чи іншої рідини. Виражається в розпливанні рідини по твердій поверхні.

Різні рідини поводять себе по-різному на одній і тій же поверхні; поведінка однієї і тієї ж рідини залежить від твердого тіла, з яким вона стикається.

Якщо рідина змочує тверде тіло і намагається мати з ним якомога більшу площу контакту, розтікаючись тонким шаром, то крайовий кут (кут змочу­вання) Θ < 90°. (Якщо повне змочу­вання, то Θ = 0°).

Якщо рідина не змочує тверде тіло і намагається «згорнутися», то крайовий кут Θ > 90°. (Якщо повне незмочування, то Θ = 180°).

8. Якщо сили взаємодії молекул твердого тіла і молекул рідини більші від сил взаємодії між молекулами рідини, то рідина змочує тверде тіло. В іншому випадку рідина не змочує тверде тіло. Прояви та використання змочування і незмочування:

- Клеєння, паяння, фарбування, змащення тертьових поверхонь.

- Воскова поверхня на листках, фруктах, соломі запобігає гниттю.

- Змащене жиром пір'я водоплаваючих птахів допомагає їм утриматись на воді.

- Флотація (спливання) — відокремлення цінної породи від пустої.

9. Тоненькі трубки, де рідина, внаслідок змочування (чи незмочування) піднімається (чи опускається), називають капілярами, а явище підняття (чи опускання) рідини в них — капілярністю.

10. Викривлену поверхню рідини в капілярах або біля стінок посудини називають меніском. У рідини,що змочує меніск увігнутий, у рідини, що не змочує — опуклий.

11. Викривлення поверхні рідини спричинює додатковий молекулярний тиск, що визна­чається формулою Лапласа. Для сферичної поверхні - .

12 .Тиск P_Л алгебраїчно додається до атмосферного. Якщо меніск опуклий, то сумарний тиск більший від атмосферного і рідина опускається капіляром. Якщо меніск увігнутий, то — менший від атмосферного і рідина піднімається.

13. Рідина піднімається (або опускається) доти, поки гідростатичний тиск стовпа рідини не компенсує додатковий(лапласівський) тиск P_Л: →

14. Прояви та використання капілярності

1. Вбирання корінцями рослин та підняття по стеблах поживних речовин і води. (Клітини рослин утворюють капілярні канали). 2. Процес кровообігу тварин і людини пов'язаний з капілярністю судин. 3. Рух води у грунті відбувається по капілярах. (Для зменшення випаровування — грунт розпушують, для збільшення — вкатують).

4. Намокання стін при відсутності гідроізоляції від фундаменту. 5. Використовується в сушінні, будівництві, у побуті (рушниках, сал­фетках, білизні, ґнотах, капілярних ручках, жіночих і дитячих засобах особистої гігієни).