Презентація на тему «Властивості поверхні рідин»

Тема: Властивості поверхні рідин. Поверхневий натяг. Явища змочування і капілярності.

Рідина — один з основних агрегатних станів речовини поряд із газом та твердим тілом. Від газу рідина відрізняється тим, що зберігає свій об'єм, а від твердого тіла тим, що не зберігає форму.

Фізичні властивості рідин
Зберігають об'єм і набувають форми посудини
Густина (густота молекул) майже така сама як і в твердих тілах.
Сили взаємодії досить великі, хоча менші, ніж в твердих тілах
Молекули здійснюють безперервні хаотичні коливання в положенні рівноваги.
Ближній порядок розміщення молекул

Сила поверхневого натягу
З'ясуємо, чим відрізняються молекули на поверхні рідини і всередині.

Молекули на поверхні рідини перебувають в інших умовах, ніж молекули всередині рідини. На кожну молекулу всередині рідини діють сили протягування з боку сусідніх молекул, які оточують їх з усіх боків. Результуюча цих сил дорівнює нулю. Над поверхнею рідини знаходиться пара, густина якої в багато разів менша за густину рідини, і взаємодією молекул пари з молекулами рідини можна знехтувати. Молекули на поверхні притягують лише ті молекули, які лежать нижче. Тому рівнодійні сили притягання, які діють на молекули поверхневого шару, не дорівнюють нулю. Під дією цих сил молекули поверхневого шару втягуються всередину. На поверхні залишається така кількість молекул, за якої площа поверхні виявляється мінімальною за даного об'єму рідини. Ось чому рідина під дією молекулярних сил набуває сферичної форми, у якої поверхня мінімальна. Скорочення поверхні рідини під впливом притягання її молекул всередину призводить до того, що ніби вздовж її поверхні діє сила, що викликає її скорочення. Цю силу називають силою поверхневого натягу.
Явище поверхневого натягу досліджував Ковальчук Сергій.

Сила поверхневого натягу

Дія сил поверхневого натягу
Нехай L - довжина лінії, котра обмежує поверхню розділу
Коефіцієнтом поверхневого натягу називатимемо відношення сили поверхневого натягу Fпов до довжини лінії L, що обмежує поверхню розділу і вздовж якої вона діє по дотичній в кожній точці, перпендикулярно до будь-якого елемента лінії розділу середовищ.
σ = Fпов/L

 

Явище змочування та незмочування рідини.
Коли поверхневий шар рідини межує з твердим тілом, то взаємодію молекул рідини і твердого тіла слід враховувати. У повсякденному житті можна спостерігати, що крапля води розпливається по чистій поверхні скла , але не розпливається по забрудненій жиром поверхні і має при цьому форму майже правильної кулі. У першому випадку говорять, що вода змочує поверхню, у другому - не змочує. 
Якщо взаємодія молекул рідини менша, ніж їх взаємодія з молекулами контактного твердого тіла, то маємо випадок змочування і навпаки, коли ця взаємодія більша - незмочування.
Явище змочування (1) та незмочування (2) рідини

Явище змочування та незмочування рідини
Змочування - явище, яке виникає внаслідок взаємодії молекул рідини з молекулами твердого тіла, що приводить до викривлення поверхні рідини у поверхні твердого тіла. Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла більші за сили зчеплення частинок рідини, рідина змочує дане тверде тіло. На цій особливості рідини засновані капілярні явища - піднімання або опускання рідини в вузьких трубках.

Змочування

Незмочування

Інтенсивність змочування характеризується кутом змочування Θ, який утворюється між дотичною до поверхні рідини і поверхнею твердого тіла. Відлік кута виконують у бік рідини. 
Якщо 0≤Θ<π/2 - поверхня тіла змочувана, а якщо π/2<Θ≤π - незмочувана. 
Якщо межа розділу вертикальна, поверхня рідини (меніск) у разі змочування має увігнуту форму. Поверхня рідини за вертикального розміщення тіла внаслідок незмочування має опуклу форму. 
Явища змочування і незмочування відіграють важливе значення в побуті і техніці, якби вода не змочувала тіло людини, то марним було б купання. Добре змочування потрібне під час фарбування і прання, паяння, збагачення руд цінних порід та інших технічних процесів. 

Якщо опустити скляну паличку в ртуть, а потім її витягти, то ртуті на ній не буде. Якщо паличку опустити в воду, то після витягування на її кінці залишиться крапля води. Цей дослід показує, що молекули ртуті притягуються одна до одної сильніше, ніж до молекул скла, а молекули води притягуються одна до одної слабше, ніж до молекул скла.

Капілярні явища в природі і техніці
Капілярними явищами називають підйом або опускання рідини в трубках малого діаметру– капілярах. Рідини, що змочують, підіймаються по капілярах, що не змочують– опускаються.

Підйом рідини в капілярі відбувається до того часу, коли сила тяжіння, яка діє на стовбур рідини в капілярі, не стане рівною за модулем результуючих сил поверхневого натягу, які діють на межі рідини і стінки капіляра.

Підйом рідини в капілярі відбувається до того часу, коли сила тяжіння, яка діє на стовбур рідини в капілярі, не стане рівною за модулем результуючих сил поверхневого натягу, які діють на межі рідини і стінки капіляра.

Підйом рідини в капілярі відбувається до того часу, коли сила тяжіння, яка діє на стовбур рідини в капілярі, не стане рівною за модулем результуючих сил поверхневого натягу, які діють на межі рідини і стінки капіляра.

В ГРУНТІ Є КАПІЛЯРИ ЯКІ ТИМ МЕНЬШЕ, ЧИМ ЩІЛЬНИШИЙ ГРУНТ. ВОДА ПІДІЙМАЄТЬСЯ ДО ПОВЕРХНІ ВИПАРОВУЄТЬСЯ І СТАЄ СУХОЮ. РАННЯ ВЕСНЯНА ОБРОБКА ЗЕМЛІ ЗНИЩУЄ КАПІЛЯРИ І ЗБЕРІГАЄ ВОЛОГУ В ГРУНТІ. ТАКИМ ЧИНОМ ЗБІЛЬШУЄТЬСЯ ВРОЖАЙ.
КАПІЛЯРНІ ЯВИЩА ВІДІГРАЮТЬ ВЕЛИКУ РОЛЬ В ПРИРОДІ І ТЕХНІЦІ. ВЕЛИКУ КІЛЬКІСТЬ КАПІЛЯРІВ МАЮТЬ РОСЛИНИ. ПО КАПІЛЯРАМ ВОЛОГА ПІДІЙМАЄТЬСЯ ДО ГІЛОК ДЕРЕВ, А ЧЕРЕЗ ЛИСТЯ ВИПАРОВУЄТЬСЯ В АТМОСФЕРУ.

По капілярам фітіля підіймаються мастила (фітильна змазка); завдяки капілярним явищам можна промокнути вологу серветкою чи рушником.
По капілярним каналам в стінках будинків піднімається вода, якщо фундамент не захищений гідроізоляцією.

Дякуємо за увагу!