Document 597951

Тема 2.1.6.Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.
Поверхностное натяжение
Жидкость не заполняет весь объем сосуда, в
который она налита. Между жидкостью и газом (или
паром) образуется граница раздела. Молекулы в
поверхностном слое жидкости (2) , в отличие от
молекул в ее глубине (1), окружены другими
молекулами не со всех сторон. Силы межмолекулярного
взаимодействия, действующие на одну из молекул
внутри жидкости, взаимно скомпенсированы. Любая
молекула в поверхностном слое притягивается
молекулами, находящимися внутри жидкости.
В
результате
появляется
некоторая
равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости.
Под действием этой силы молекулы жидкости стремятся
уйти из поверхностного слоя и жидкость стремится
принять форму с наименьшей площадью поверхности.
Возникает поверхностное натяжение жидкости.
Поверхностное натяжение – это явление молекулярного давления на жидкость, вызванное
притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Сила поверхностного натяжения
Силой поверхностного натяжения - называется сила, направленная вдоль границы
поверхности жидкости перпендикулярно ее границе и стремящаяся уменьшить площадь
поверхности жидкости.
F=   
 - коэффициент поверхностного натяжения[Н / м]
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от:
1. Вида жидкости.
2. Наличия примеси ( мыло – уменьшает, сахар – увеличивает

)
3. Температуры (T   )
Наличие сил поверхностного натяжения делает
жидкости похожей на упругую растянутую пленку.
поверхность
Благодаря поверхностному натяжению воды на её поверхности
могут плавать лёгкие предметы и удерживаться водомерки.
Чем меньше поверхностное натяжение жидкости, тем легче
жидкости проникает в ткань. Добавление в воду мыла уменьшает её
поверхностное натяжение, что увеличивает проникающую способности
мыльной воды и позволяет лучше очищать ткань при стирке.
1
Явление смачивания
Форма свободной поверхности жидкости зависит от
сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами
твердого тела. Если эти силы больше сил взаимодействия
между
молекулами
самой
жидкости,
то
жидкость
смачивает поверхность твердого тела.
Если эти силы меньше сил взаимодействия между
молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает
поверхность твердого тела.
Жидкость подходит к поверхности твердого тела
под углом  , характерным для данной пары жидкость–
твердое тело.
Угол  называется краевым углом.
При  <  / 2 жидкость смачивает твердое тело.
При  >  / 2 жидкость не смачивает твердое тело.
Капиллярные явления
 < / 2
Жидкость смачивает твёрдое тело
 > / 2
Жидкость не смачивает твёрдое тело
Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости
в трубках малого диаметра – капиллярах.
Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие жидкости –
опускаются.
Подъем жидкости в капилляре продолжается до
тех пор, пока сила тяжести действующая на столб
жидкости в капилляре, не станет равной по модулю
силе поверхностного натяжения, действующей
вдоль границы соприкосновения жидкости с
поверхностью капилляра:
h  2 - высота жидкости в капилляре
gr
h – высота поднятия жидкости [м]
r – радиус капилляра [м]
 – плотность жидкости [кг/м3]
g = 10 м/с2
2
Явление смачивания в природе.
Роль поверхностных явлений в природе разнообразна. Например, поверхностная
пленка воды является для многих организмов опорой при движении. Такая форма движения
встречается у мелких насекомых и паукообразных. Наиболее известны водомерки,
опирающиеся на воду только конечными члениками широко расставленных лапок; лапка,
покрытая воскообразным налетом, не смачивается водой, поверхностный слой воды
прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом
перемещаются береговых пауки некоторых видов, но их лапки располагаются не
параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней.
Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабр, подвешиваются
снизу у поверхностной пленки воды с помощью несмачивающихся щетинок, окружающих
их органы дыхания. Этим приемом пользуются личинки комаров (в том числе и
малярийных).
Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями
особых желез, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключенный
между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает уткуот потери
тепла, но и чрезвычайно увеличивает ее запас плавучести, действуя подобно спасательному
поясу.
Воскообразный налет на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц,
которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений; наличием того же
воскового налета объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, сена и стога и т.д.
Капиллярные явления в природе
Большинство растительных и животных тканей пронизано громадным числом
капиллярных сосудов. Именно в капиллярах происходят основные процессы, связанные с
питанием и дыханием организма. Стволы деревьев, ветви растений пронизаны огромным
числом капиллярных трубочек, по которым питательные вещества поднимаются до самых
верхних листочков. Корневая система растений оканчивается тончайшими нитями капиллярами.
Благодаря капиллярным явлениям растения могут всасывать питательные элементы, влагу
из почвы.
Капиллярные явления применяются для выявления трещин с раскрытием от 1 мкм,
которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Капиллярные методы позволяют
контролировать отсутствие дефектов (трещин) у объектов любых форм и размеров, начиная
от корпуса ракеты и кончая миниатюрной лопаткой турбореактивного двигателя.
Капиллярные явления учитывают при обработке почвы. Высота подъема жидкости в
капиллярах тем больше, чем меньше его диаметр; отсюда ясно, что для сохранения влаги
надо
почву
перекапывать,
а
для
осушения
утрамбовывать.
По капиллярным каналам в стенках зданий поднимается грунтовая вода (в отсутствии
гидроизоляции); по капиллярам фитиля поднимаются смазочные вещества (фитильная
смазка); на явлении капиллярности основано использование промокательной бумаги и т. д.
В организме человека тоже есть много капилляров, ведь кровеносные сосуды – это не
что иное, как капилляры, по которым течет кровь. Поэтому кровообращение в организмах
человека и животных основано на капиллярном явлении.
3
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое поверхностное натяжение жидкости? Почему оно возникает? Сделать
поясняющий рисунок.
2. Что такое сила поверхностного натяжения? Формула для вычисления силы
поверхностного натяжения.
3. Обозначение и единицы измерения коэффициента поверхностного натяжения.
4. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения.
5. Почему горячая и мыльная вода легче очищает ткань?
6. От чего зависит, будет или нет жидкость смачивать поверхность твёрдого тела?
7. Когда жидкость смачивает поверхность твёрдого тела? Когда жидкость не
смачивает поверхность твёрдого тела? Сделать поясняющий рисунок.
8. Что такое капиллярные явления? Какие жидкости поднимаются по капиллярам, какие
– опускаются. Сделать поясняющий рисунок.
9. Формула для вычисления высоты поднятия жидкости по капиллярам.
10.Чем меньше радиус капилляра, чем … высота подъёма жидкости в
капилляре.
11. Где в природе встречается явление смачивание?
12. Применение капиллярные явление в природе и технике.
4