Поверхностное натежение жидкости

Жидкость является агрегатным промежуточным между газообразным и твердым состоянием вещества. Для твердых тел наблюдается дальний порядок в расположении частиц, т.е. их упорядоченное расположение, повторяющееся на больших расстояниях. В жидкостях имеет место ближний порядок в расположении частиц, т.е. их упорядоченное расположение на сравнимых с межатомными расстояниях.

Суммарная энергия частиц складывается из энергии их теплового движения и потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия.

Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой надо затратить работу, т.е. дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, называется

поверхностной энергией, которая пропорциональна площади слоя ∆S: ∆Е= ,(9.1);где - поверхностное натяжение.

При отсутствии внешних сил жидкость стремится уменьшить поверхность, а минимальной поверхностью при заданном объеме является форма шара.

Условием устойчивого равновесия жидкости является минимум поверхностной энергии. Поверхностное натяжение s равно силе поверхностного натяжения f, приходящегося на единицу длины контура, ограничивающего поверхность: (9.2)

Единица поверхностного натяжения - ньютон/метр, (H/м).

Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение в жидкости, называются поверхностно активными. Например, мыло по отношению к воде (с 7,5 ^. 10^-2 до 4,5 ^. 10^-2 Н/м), спирты, эфиры, нефть.

34. Явление смачивания. Избыточное давление. Из практики известно, что капля воды растекается на стекле и принимает форму, изображенную на рис. 9.1, в то же время ртуть на той же поверхности превращается в несколько сплюснутую каплю (рис.9.2). В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность, во втором – не смачивает ее.

Рис.9.1 Рис.9.2

Из условия равновесия капли (рис. 9.1) получаем:

,(9.3);где – поверхностное натяжение относительно трех сред: твердой (1), жидкой (2), воздуха (3), - краевой угол.

Если - имеет место полное смачивание ( = 0), например: керосин на поверхности стекла.

Если - жидкость стягивается в каплю, имеет место полное не смачивание (), например: капля воды на поверхности парафина.

Если поверхность жидкости не плоская, а искривленная, то она оказывает на жидкость избыточное давление. Это давление, обусловленное силами поверхностного натяжения, для выпуклой поверхности, положительно, а для вогнутой поверхности, отрицательно.

Избыточное давление для произвольной поверхности жидкости двоякой кривизны определяется:

,(9.4); где - радиус кривизны, - поверхностное натяжение.

Радиус кривизны положителен, если центр кривизны соответствующего сечения находится внутри жидкости, и отрицателен, если центр кривизны находится вне жидкости. Для вогнутой сферической поверхности результирующая сила поверхностного натяжения направлена из жидкости и равна .

Дата добавления: 2017-01-14