Теория работы. Лабораторная работа №6. Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца

Лабораторная работа №6. Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца

Цель работы: изучить молекулярные свойства жидкостей, научиться измерять коэффициент поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца.

Приборы и принадлежности: сосуд, стакан, пружина, кольцо, штатив универсальный, весы с разновесами.

Жидкость - это вещество, находящееся в промежуточном состоянии между твердым и газообразным состоянием вещества. Т.е., молекулы жидкости не прикреплены так жестко, как атомы в узлах кристаллической решетки твердых тел, и одновременно, не так свободны, как молекулы в газах, которые находятся в состоянии теплового хаотического движения. Молекулы жидкости участвуют в колебательном и поступательном движениях.

Для жидкости характерны черты:

- расстояние между молекулами очень мало;

- в состоянии покоя каждая молекула находится в строго определённом месте и совершает только колебательное движение, но в определённые моменты времени молекулы жидкости могут меняться местами друг с другом и в этот момент они совершают поступательные движения (молекулы жидкости совершают так называемые «перескоки» из одного положения равновесия в другое);

- у жидкости отсутствует кристаллическая решётка, поэтому для неё характерно свойство - текучесть. Жидкость занимает предоставленный ей объем и принимает форму этого сосуда;

- для жидкости характерны все явления переноса.

Рассмотрим молекулу радиуса R, находящуюся внутри жидкости (Рис.6.1). Со стороны соседних молекул, находящихся на расстоянии не ближе трех радиусов молекул, на нашу молекулу действуют силы притяжения и отталкивания. Сферическая поверхность (отмеченная пунктирной линией) радиуса 3R называется сферой молекулярного взаимодействия – это то наименьшее расстояние, на которое могут приблизиться молекулы в жидкости. Если молекулы начнут приближаться на расстояние меньше 3R, то начнет происходить перекрывание электронных оболочек атомов и «включается» принцип запрета Паули, который разрешает находиться на одной орбитали только двум электронам с противоположным направлением спинов.

Т. к. соседние молекулы расположены симметрично, то сумма всех сил, действующих на молекулу равна нулю. Внутри жидкости молекулы находятся в состоянии равновесия.

Рассмотрим теперь молекулу, находящуюся в поверхностном слое жидкости (Рис.6.2). Спроектируем силы, действующие на нашу молекулу со стороны молекул, лежащих на границе сферы молекулярного взаимодействия, на оси ОХ и ОY. Сумма всех проекций сил, действующих на молекулу, вдоль оси ОХ будет равна нулю - (потому что, как справа, так и слева от нашей молекулы находятся другие молекулы). Но сумма проекций сил на ось OY не равна нулю (потому что силы притяжения со стороны молекул жидкости не компенсируются силами притяжения со стороны молекул воздуха). В результате, молекулы, лежащие на поверхности жидкости, действуют на молекулы, лежащие в глубине жидкости с некоторой результирующей силой – силой внутреннего давления, т.е. - сила внутреннего давления поверхностного слоя молекул. Если разделить силу внутреннего давления на площадь поверхности жидкости, то получим внутреннее давление: .

Внутреннее давление – это давление, оказываемое молекулами поверхностного слоя на молекулы, лежащие в глубине жидкости.

Величина внутреннего давления в жидкости составляет огромные значения: от 10⁴ до 10⁵ атм., например, у ртути. Обратите внимание! Это давление не в Паскалях, а в атмосферах! На нас с вами действует давление всего в 1 атмосферу, а в жидкости оно достигает просто невероятных значений - 10 тысяч атмосфер. Молекулы в жидкости просто «спрессованы» под действием такого огромного давления и находятся на таких малых расстояниях – в пределах сферы молекулярного взаимодействия, что ближе приблизится они уже просто не в состоянии, потому что включается принцип запрета Паули. В таком случае возникает один из главных вопросов гидродинамики: почему реальная жидкость является практически несжимаемой? Как Вы думаете? Ответ можно сформулировать не совсем физически, но в принципе правильно:

Дата добавления: 2014-10-31