Поверхностное натяжение

Из опыта известно, что поверхностный слой жидкости нахо­дится в особом состоянии, напоминающем состояние натянутой резиновой пленки. Напряженное состояние поверхностного слоя жидкости называется поверхностным натяжением. Оно вызвано силами сцепления между молекулами.

Молекула, находящаяся внутри жидкости (Рис. 12.1), равномерно окружена соседями, поэтому результирующая сила притяжения, действующая на нее, равна нулю. На молекулы же поверхностного слоя действуют лишь молекулы, расположенные под ними. Поэтому равнодействующая сила, действующая на молекулу, не направлена внутрь жидкости. Действие всех таких сил отнесенное к площади поверхности жидкости, создает на всю жидкость давление, ко­торое называют внутренним или молекулярным. На каждую поверхностную молекулу, кроме того, действуют силы , лежащие в плоскости, касательной к поверхности. Для всех молекул, лежащих внутри поверхности , они скомпенсированы, для молекул, расположенных вдоль периметра поверхности, они направлены по касательной к поверхнос­ти жидкости, перпендикулярно периметру. Эти силы (Рис.12.2), растягивающие поверхность жидкости, называют силами поверхностного натяжения. Силу поверх­ностного натяжения, отнесенную к единице длины контура , ограничивающего поверхность жидкости, называют коэффициентом поверхностного натяжения:

(12.2)

Действие сил поверхностного натяжения на молекулы поверхностного слоя приводит к тому, что эти молекулы обладают избы­точной потенциальной энергией, которую называют поверхностной энергией . Используя соотношение между силой и потенциальной энергией , можно найти:

(12.3)

т.е. поверхностная энергия пропорциональна площади поверхности, а коэффициент поверхностного натяжения есть удельная поверхностная энергия. Знак минус указывает, что сила поверхностного натяжения направлена внутрь поверхности.

Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность жидкости. С этим и связано то, что капли жидкости стре­мятся принять форму шара. Из определения вытекает, что он измеряется в СИ в Н/м или Дж/м². Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и соприкасающейся с ней среды и от температура, эта зависимость может быть выражена формулой (Р. Этвеш):

(12.4)

где , - мольный объем; - критическая температура.

При 20°С, например, принимает значения: для воды - 0,073; эфира - 0,0165; спирта - 0,0225; глицери­на - 0,065; ртути - 0,48 Н/м.

Дата добавления: 2014-01-06