1
Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости [ Монета, лежащая на воде в силу поверхностного натяжения 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
σ – коэффициент поверхностного натяжения, измеряется в Н /м, F – сила поверхностного натяжения, измеряется в Ньютонах, l - длина свободной поверхности жидкости, измеряется в метрах. 14
Поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. Обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ». В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. В общем случае прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр 15
Подъем смачивающей жидкости в капилляре Высот а подъёма жидкости - h в капилляре. σ – коэффициент поверхностного натяжения, измеряется в Н /м, ρ – плотность жидкости, измеряется в КГ /м 3, g = 9,8 М /с 2 – ускорение свободного падения, r – радиус капилляра, измеряется в метрах. 16
17
Вещество Температура ° C Поверхностное натяжение(10 −3 Н/м) Ртуть 20 486,5 Вода 20 72,86 Глицерин 20 59,4 Нефть 20 26 Серная кислота 85 % 20 57,4 Спирт этиловый 20 22,8 Уксусная кислота 20 27,8 Эфир этиловый 20 16,9 Раствор мыла 20 40 18
I. Жидкость может смачивать и не смачивать твёрдое тело. II. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости. III. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры. T ↑ σ ↓ IV. Высота подъёма жидкости в капилляре зависит от его диаметра. d ↑ h ↓ V. Сила поверхностного натяжения зависит от длины свободной поверхности жидкости. l ↑ F ↑ 19
Так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности: 20
некоторые насекомые (например, Водомерки ) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения. 21
Так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности: в невесомости капля принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех тел одинакового объёма). 22
На многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли. 23
Решение задач Какой чертёж соответствует следующей ситуации? 1. В стеклянный сосуд с несмачивающей его жидкостью опущена стеклянная трубка? Ответ рисунок №2. 2. В стеклянный сосуд с ртутью опущена стальная трубка? Ответ рисунок№4. 24
Какую массу имеет капля воды, вытекающая из стеклянной трубки диаметром 10 -3 м, если считать, что диаметр шейки капли равен диаметру трубки. Вычислите коэффициент поверхностного натяжения масла, если при пропускании через пипетку 3,6*10 -3 кг масла получено 304 капли. Диаметр шейки пипетки 1,2*10 -3 м. С помощью пипетки отмерили 152 капли минерального масла. Их масса оказалась равной 1,82 г. определите диаметр шейки пипетки, если коэффициент поверхностного натяжения минерального масла 3*10 -2 Н /м. В спирт опущена трубка. Диаметр её внутреннего канала равен 5*10 -4 м. на какую высоту поднимется спирт в трубке? Плотность спирта 800 КГ /м 3. Керосин поднялся по капиллярной трубке на высоту 15*10 -3 м. определите радиус трубки, если коэффициент поверхностного натяжения керосина 24*10 Н /м, а его плотность 800 КГ /м 3. 25
В капиллярной трубке радиусом 0,5*10 -3 м жидкость поднялась на 11*10 -3 м. определите плотность данной жидкости, если её коэффициент поверхностного натяжения 0,022 Н /м. Тонкое металлическое кольцо диаметром 15 см соприкасается с водой. Какую силу нужно приложить к кольцу, чтобы оторвать его от воды? Масса кольца 10 г, коэффициент поверхностного натяжения воды принять равным 0,07 Н /м. Рамка с подвижной перекладиной длиной 10 см затянута мыльной плёнкой. Какую работу надо совершить против сил поверхностного натяжения, чтобы переместить перекладину на 2 см. К проволочке АВ длиной 3 см прикреплена нить, при помощи которой можно перемещать проволочку, растягивая мыльную плёнку. Каково поверхностное натяжение мыльной воды, если при перемещении проволочки на 2 см была совершена работа 0,5*10 -4 Дж. 26
I. Жидкость может смачивать и не смачивать твёрдое тело. II. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости. III. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры. T ↑ σ ↓ IV. Высота подъёма жидкости в капилляре зависит от его диаметра. d ↑ h ↓ V. Сила поверхностного натяжения зависит от длины свободной поверхности жидкости. l ↑ F ↑ 27
28
На 600-верстной Николаевской железной дороге Петроград – Москва ежегодно в летнее время кем-то неизвестным прибавляется несколько сот саженей дорогой телефонной проволоки, а зимой то же количество проволоки бесследно похищается. На вопрос: “Какой длины Октябрьская (Николаевская) железная дорога?” — кто-то ответил: — Шестьсот сорок километров в среднем; летом метров на триста длиннее, чем зимой. ? 29
измене Изменение провисания провода летом и зимой 30
С 0 Для чего между рельсами оставляют зазоры? Все предметы при их нагревании раздаются во все стороны. Удлиняется и стальной рельс летом, когда его нагревает солнце. . Зимой, когда от холода рельсы сожмутся, станут короче, зазоры могут еще больше увеличиться. 31
l o Δ l Δ l = α l o Δ t Коэффициент линейного расширения Изменение температуры 32
α = Δ l l о Δ t Линейный коэффициент расширения показывает на сколько увеличивается каждый метр длины при изменении температуры на один градус. 33
При нагревании биметаллическая пластина изгибается Предохранитель автоматический 34
β = Δ V V о Δ t Δ V = β V o Δ t Коэффициент объемного расширения 35
Нагретый обруч Остывший обруч Обручи Примером использования свойств тел сужаться при охлаждении может служить известный прием натягивания раскаленных железных шин (обручей) на обод тележного колеса. Когда шина остынет, она станет меньше и плотно обхватит обод. 36
«Аномалия» воды Плотность воды максимальна при +4 градусах 37
38
1. Как изменится объем воздушного шарика, если мы перенесем его из холодного помещения в теплое? Почему? 2. Что происходит с расстояниями между частичками жидкости в термометре в случае похолодания? 3. Вспомните опыт с медным шариком. Вследствие нагревания он застревал в кольце. Как изменились вследствие нагревания: объем шара; его масса; плотность? 39
Зачем в автомобилях ставят расширительные бачки? Где еще вы встречали такие устройства ? Что случилось с рельсами? Почему так «не экономно» укладывают трубы? Можно ли заменить железо в железобетонных конструкциях другим металлом? 40
1. После того как пар кипящей воды пропустили через латунную трубку, длина трубки увеличилась на 1,62 мм. Чему равен коэффициент линейного расширения латуни, если при температуре 15 °С длина трубки равна 1м? Напоминаем, что температура кипящей воды равна 100 °С. 2. Платиновый провод длиной 1,5 м находился при температуре 0 °С. Вследствие пропускания электрического тока провод раскалился и удлинился на 15 мм. До какой температуры он был нагрет? 3. Медный лист прямоугольной формы, размеры которого при температуры 20 °С составляют 60 см х 50 см, нагрели до 600 °С. Как изменилась площадь листа? 41
