Презентация по теме "Поверхностное натяжение"

Поверхностное натяжение

Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики.

Уильям Томсон

Мыльный пузырь –

самое красивое и самое совершенное, что существует в природе.

Марк Твен

У жидкости есть свободная поверхность

• Равнодействующая сил, действующая на каждую молекулу на поверхности жидкости , будет направлена вглубь жидкости, перпендикулярно поверхности.
• И поверхностные молекулы втягиваются внутрь жидкости.

Формы минимальных поверхностей жидкостей

• Жидкость в свободном состоянии принимает форму шара

• Мыльные пленки на каркасах

Примеры минимальных поверхностей в природе

• барабанная перепонка в нашем ухе
• мембраны, служащие границами живых клеток;
• мембраны в живых организмах, отделяющие один орган от другого
• скелеты радиолярий, микроскопических морских животных.

Энергия поверхностного слоя

• М олекулы поверхностного слоя обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией, т.е. поверхностной энергией

Е п =  S

(  - коэффициент поверхностного натяжения)

• Жидкость принимает такую форму при которой эта энергия будет иметь минимальное значение, а ее площадь оказывается минимальной для данного объема жидкости.

Механизм возникновения поверхностного натяжения

• Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то на ней образуется пленка жидкости.
• Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность пленки и направлены наверх.

Условие равновесия подвижной стороны рамки

F внеш = F пов

работа внешней силы при перемещении рамочки на  будет равна

А внеш = F внеш  =  п =  S .

 S =  2 L =ΔX l –приращение площади поверхности обеих сторон мыльной пленки, где l = 2 L – длина периметра, ограничивающего поверхность жидкости.

F  =  l  , тогда  = F пов / l

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости

•  = F пов / l

•  - зависит от:

Коэффициентом поверхностного натяжения называется отношение модуля силы поверхностного натяжения к длине периметра, ограничивающего поверхность жидкости.

- Рода жидкости

- Наличия примесей

- Температуры

σ – коэффициент поверхностного натяжения, измеряется в Н /м,

F – сила поверхностного натяжения, измеряется в Ньютонах,

l - длина свободной поверхности жидкости, измеряется в метрах.

Сила поверхностного натяжения – это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности.

Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что жидкость в равновесии имеет минимально возможную площадь поверхности. При контакте жидкости с другими телами жидкость имеет поверхность, соответствующую минимуму её поверхностной энергии.

Вода смачивает чистое стекло, а ртуть не смачивает, она собирается в каплю.

Объяснение:

если силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела больше, чем между молекулами жидкости, то возникает смачивание

если силы притяжения между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то возникает несмачивание

При смачивании мениск ( (от греч. μενισκος) — искривление свободной поверхности жидкости вследствие её соприкосновения с поверхностью твёрдого тела или (реже) другой жидкости ) вогнутый, краевой угол θ острый. При несмачивании мениск выпуклый, а краевой угол θ тупой.

тензиометр

• 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

Вещество

Ртуть

Температура ° C

20

Вода

Поверхностное натяжение

(10 −3 Н/м)

20

Глицерин

486,5

20

Нефть

72,86

Серная кислота 85 %

20

59,4

Спирт этиловый

20

26

Уксусная кислота

20

57,4

20

Эфир этиловый

22,8

20

27,8

Раствор мыла

16,9

20

40

       чистой воды = 73 мН/м  мыльного раствора = 40 мН/м

Сечение сферической капли жидкости

Половина капли находится в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе раздела длиной 2  R и сил избыточного давления, действующих на площадь сечения  R 2

 2  R =  р  R 2

Формула Лапласа

• Избыточное давление, вызванное одной искривленной поверхностью (внутри капли жидкости)

 р = 2  / R

• Избыточное давление внутри мыльного пузыря (он имеет две искривленные поверхности )

 р = 4  / R

Мыльный пузырь – тонкая многослойная пленка мыльной воды,

наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой

поверхностью.

Капельная модель ядра состоит из протонов и нейтронов и имеет сферическую форму

Поверхностное натяжение в природе и жизни

Проявления

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.

Если жидкость смачивает капилляр, то благодаря действию сил поверхностного натяжения жидкость поднимается на высоту h относительно уровня жидкости в широком сосуде.

В случае несмачивания она опускается на высоту h .

Явления поднятия или опускания жидкости в капиллярах под действием сил поверхностного натяжения называются капиллярными явлениями

Проявления

• Так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности

  Водомерки легко скользят по поверхности воды. Лапка водомерки, покрытая воскообразным налётом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление.

Проявления

• 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).

Проявления

• На многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли.

выводы

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 ↑

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.

Мыльные пузыри – это состав из мыла, улыбок, радости, детского смеха и чувства, что ты счастлив.

Решение задач

• 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 .

Решение задач

• 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.