Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Сила поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение обусловлено стремлением жидкости (вообще говоря, это справедливо и для твердых тел) уменьшать свою потенциальную энергию на границе раздела сред. Оно может быть охарактеризовано двояко: либо работой Апов, затрачиваемой на создание единицы площади S поверхности раздела фаз (в СИ это Дж/м2), либо силой Fов, действующей на границе раздела и приходящейся на единичную длину L контура границы раздела (Н/м), т.е.[1]

Скалярная величина а называется коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением. Для макроскопических (не молекулярного уровня) поверхностей а не зависит от величины и формы поверхности, и для разных сред оказывается разной, достигая наибольших значений у расплавов металлов (у вольфрама при 3395 °С это 2316 мН/м) и опускаясь до минимальных (<10 мН/м)

у фторуглеродных жидкостей (для воды при 20 °С это 72,9 мкН/м). Коэффициент поверхностного натяжения можно «регулировать», введением в жидкость поверхностно активных веществ (ПАВ).

На рисунке 3.5 приведена схема, иллюстрирующая возникновение поверхностного натяжения. На молекулу, находящуюся в объеме жидкости, со стороны соседних молекул действуют силы взаимодействия, уравновешивающие друг друга. Другое дело с молекулой, находящейся на поверхности: Рис 3 5 Поверхностное молекулы поверхностного слоя имеют связи натяжение жидкости только с молекулами жидкости в телесном угле 2л и связи в верхней полусфере области взаимодействия с молекулами воздуха не компенсируются связями с молекулами жидкости в нижней полусфере (рис. 3.5, вверху). Под действием увеличенной силы притяжения со стороны других молекул жидкости, действующей вниз, молекула уходит с поверхности, а расстояние между оставшимися наверху возрастает, что приводит к доминированию сил притяжения для поверхностных молекул — в результате возникает поверхностное натяжение.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует, и пропорциональна длине этого участка.

Благодаря поверхностному натяжению жидкость, в отсутствии внешних силовых воздействий (например, в невесомости) принимает форму шара — минимальная поверхность при данном объеме и минимальная поверхностная энергия соответственно.

Поверхностное натяжение для состояний жидкости, далеких от критического (Т< Ткр см. подраздел 4.6.1), уменьшается с температурой по линейному закону

где сто — значение о при некоторой характерной для данной жидкости температуре Го; а — температурный коэффициент поверхностного натяжения, зависящий от природы жидкости.

Монета, лежащая на воде благодаря поверхностному натяжению

Рис. 3.6. Монета, лежащая на воде благодаря поверхностному натяжению

Поверхностное натяжение определяет характер многих физикохимических явлений (рис. 3.6) и процессов, в частности, капиллярные явления. Высота подъема жидкости в тонкой трубке-капилляре прямо связана с его величиной, а капиллярное давление р определяется соотношением:

где гх и гу — главные радиусы кривизны поверхности в направлении осей Ох и Оу (горизонтальной и вертикальной соответственно).

В твердых телах поверхностное натяжение (из-за локализованное™ положений атомов и молекул, которые не могут свободно перемещаться по поверхности) начинает играть заметную роль лишь при приближении к температуре плавления, а в обычных условиях экспериментально не определяется.

  • [1] Поверхностное натяжение можно определить так же, как плотность поверхностнойэнергии или энергию, необходимую для разрыва единицы поверхности жидкости,что определяет связь этой характеристики с внутренней энергией жидкости.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы