A felületi feszültség
Célkitűzés: tanulni alapvető tulajdonságait a folyadék, néhány ismerete a kísérleti mérési módszerek a felületi feszültség a folyadék.
A fő elméleti pozíció
Szerint a tulajdonságai hasonlóak a folyadék és a gázok és szilárd anyagok. Ez a kettős természete van társítva jellemzői a folyadék mozgását az molekulák. A szilárd, alkotó molekulák a kristályrácsban, és a körül ingadozik stabil egyensúlyi helyzete (a termikus mozgás). A folyadékok, az átlagos távolság molekulák között nagyobb, mint a kristály, és így a folyadék molekulák tud eltávolodni a megfelelő helyzetbe. folyékony molekulák rezeg körül egyensúlyi helyzete az idő.
Ábra. 6.1. Molekulák a folyadék és a felszínközeli
obyv ebben a helyzetben egy ideig, egy molekula „ugrik”, hogy egy másik helyre, és ismét egy ideig éltek ezen a helyen (rezgő) „állandó élet”. A „rendezése” állapotban a molekula megtartja rugalmas erők. Ezek a rugalmas erők hatása miatt a szomszédos molekulák található közelről. Molekuláris erők csökken nagyon gyorsan nő a távolság. Ha amellyel kapcsolatban - a molekula (. 6.1 ábra) belsejében található folyadék a szomszédos molekulák szimmetrikusan vannak elhelyezve, az R eredő a ható erők a molekula M nullával egyenlő, R = 0. Azonban, mivel a termikus mozgását az egyensúly megbomlik, és a molekula jön mozgásban hatása alatt az eredő erő R ≠ 0. az vonzó- molekulák között, a folyadék gyorsan csökken a távolság növelésével. Gyakorlatilag eltűnnek a parttól körülbelül 10 m 9. Ezért visszajelzést minden molekula esetben csak a közvetlen szomszédok. Ez erősen függ, ahol a molekula venni. Ha az utóbbi van elhelyezve a folyadék (a parttól nagyobb, mint 10 m-re a folyékony 9 határ), majd az erő a kölcsönhatás a környező annak molekulák átlagosan kiegyensúlyozottak. Ezzel szemben, az átlagos értéke a ható erő a molekula felületi réteg a folyadék vastagságának körülbelül 10 9 m nem egyenlő nullával; ez annak a ténynek köszönhető, hogy a molekula felszínén elhelyezkedő részlegesen határolt molekulákkal azonos folyadék, és részben - a molekulák más közeg, például levegő, gőz vagy a falra. Mivel a különböző sűrűségű és molekuláris természete ható erő a folyadék kiválasztott molekulát egy másik médium eltér az erős kölcsönhatása a molekulák a folyadék. Ennek eredményeként, a nettó ható erő minden molekulája a felületi réteg, a folyadék irányul sem befelé, sem felé határos, hogy közepes. Ezért, amikor a molekulák a felületi réteg belsejébe a folyadék alulról, vagy fordítva, a folyadék felületén a munkát végzik. Ez a munka nagyobb, annál nagyobb a különbség a erői kölcsönhatása a molekulák molekulák a felületi réteg és a folyékony közeg határos molekulák.
A molekulák a folyadék a felületen, olyan különleges állapot, az ilyen molekulákat az M1 és M2. Az akció ezen molekulák a molekulák által a folyadék nagyobb, mint az a része, a molekulák a gőz vagy levegő, és így a kapott összes molekula M1 és M2 molekuláris erők belsejében a folyadék normális irányú a felszínre. Ebből következik, hogy az összes molekula található egy vékony felületi réteg hatású erőhatástól felhívni őket a folyadékot. Ennek köszönhetően a felületi réteg prések nagy erővel a folyadék, ami egy úgynevezett belső vagy molekuláris ottani nyomás. Ez a nyomás nagyon nagy (a víz, például körülbelül 11 ∙ augusztus 10 N / m 2).
A molekulák a folyadék felületi réteg van feleslegben az energia, mint a molekulák a folyadék. Ez a többlet energiát nevezik felületi szabad energia vagy felületi energia. Ezek a tulajdonságok a felületi réteg miatt különleges feltétel, amely hasonló a film feszített rugalmas, hajlamos csökkenteni a felülete kisebb méretben.
Ez a folyadék belégzésre, hogy csökkentsék a szabad felületet nevezzük felületi feszültség.
Felületi feszültség erők F tangenciálisan irányított a folyadék felületre, és normálisan működik, hogy minden húzott vonal ezen a felületen.
Ahhoz, hogy mennyiségileg a jellemzői a felületi feszültség a folyadék felületi feszültség együttható bevezetjük α, amely számszerűen egyenlő a F erő, ható egységnyi hossza tetszőleges L vonal, mentálisan húzott a folyadék felszínén:
Ebben az esetben, a felületi feszültség, Newtonban mérve méterenként (N / m).
Vizsgálatából a tulajdonságait a felületi réteg lehet mutatni, hogy a felületi feszültség a szabad felület számszerűen egyenlő a energia W, számítva négyzetméterenként folyadék felületi S:
Mivel a felületi feszültség bármely folyadék térfogata hajlamos felületének csökkentéséhez, ezáltal csökkentve a potenciális energia. Az apró vízcseppek a levegőben van egy közel gömb alakú, mivel a hatálya jellemző minimális felületi területe a térfogathoz, mint bármilyen más geometriai alakú.
A felületi feszültség eltér a különböző folyadékok. Ez attól függ, hogy milyen típusú folyadék, hőmérséklet (a hőmérséklet növelése csökkenti), és a mértéke felületi tisztaság (változnak a kismértékű szennyeződés).
Ábra. 6.2. Force a félgömbön a buborék
uschestvovanie felületi feszültség hatására a szabad folyadékfelszín, hogy úgy viselkedik, mintha készült rugalmas héj. Azonban van egy nagy különbség a rugalmassága ezen burkolat által meghatározott felületi feszültség, és rugalmasságát anyagból, például gumiból. Abban az esetben, a feszítőerőt sík folyadék felülete nem függ attól, hogy a felület van nyújtva. Annak érdekében, hogy növelje a felület, kiterjesztve a felületi réteg és több új molekulák, meg kell alkalmazni állandó erővel. Másrészt, hogy nyúlik a kaucsuk erőt kifejteni képes arányos a feszültséget.
Eddig már beszéltünk a felület között folyadék és a gáz. A szélén a folyadék tartály érintkezik
szilárd test, és r
Ábra. 6.3. Három különböző esetekben folyékony érintkezik egy szilárd test (- eredő erőt ható molekula)
azom. Ábra. 6.3 ábra három különböző esetekben.
Az első esetben (ábra. 6.3 a) érintkezésbe hozzuk a folyékony molekulák a szilárd elég erős ahhoz, hogy hajlítsa a folyékony izo-up határán a szilárd. Ebben az esetben, általában azt mondják, hogy a Yid-csont nedvesíti a felületén a szilárd.
Ez a helyzet jellemző víz nedvesített-sayuscheysya üveg. A második esetben (6.3 ábra b) a kapott ható erő a folyékony a határán egy szilárd test, a folyadék-csatornázás belsejében. Nem nedvesíti a folyadék-schayasya. Ez a helyzet jellemző a higany üvegedényben. A harmadik SLE-eset (ábra. 6.3) a folyadék felszínén, a sáv-fal merőlegesen. Mivel a víz úgy viselkedik, hogy az együttes ezüst edényekkel és egyes műanyagok.
A görbült felülete a folyadék szopni de az úgynevezett meniszkusz. Amikor kölcsönhatásban áll az érfal felületi feszültség erők hajlamosak vagy emelni a folyadék szintje vagy csökkentheti azt. Ezt nevezik a kapilláris hatás.
Ábra. 6.4. Erők a kapilláris
keskeny üvegcső, kapillárisok, leereszkedett a folyékony, ott világosan látható emelésével vagy csökkentésével a folyadék. Felületi folyékony film a csőben hatása alatt a folyadék molekuláris erők és az üveg vesz egy homorú alakja (konkáv meniszkusz). Az ilyen ívelt felület a felületi feszültség erők okoznak további nyomást Dp. miatt a felület görbületét az mindig felé irányul homorú felület.
A név annak a ténynek köszönhető, hogy a magassága a folyékony emelkedése elég magas rabságban-cal csövek úgynevezett hajszálerek.
A felső szélén, ahol a folyadék érinti az üveg, az alakja a felülete nagyon hasonlít a félgömb a buborék, amely figyelembe vettük (ábra. 6.4). Si la felületi feszültség irányul felülete mentén a folyadék. Ver tikalnaya komponense ez az erő egyenlő
.
Ez egyensúlyban a gravitációs erő a folyadék oszlop a sűrűsége
Ha a folyadék a kapilláris nem nedvesíti, szintje a kapilláris cső alatt van a folyadék szintje széles edényben. Ez pontosan ugyanazt a hatást, és ez által leírt ugyanazt az egyenletet (6.2).
Leírás A kísérleti elrendezés és a szekvencia
és
1. Határozza meg a rugalmassága a tavaszi k együtthatót. amelyre egy csésze 2 tenni rakomány m és X jelet húzó rugó. Számítsuk k a következő képlettel
Mérések tölteni 3-4 alkalommal különböző terhelések, majd meghatározza az átlagérték
2. Mérjük meg a hosszát a tavasz
Mérjük meg a féknyereg belső és külső átmérői a gyűrűk D és D, majd meghatározza a hosszúságok összegét a külső és belső kerületét a gyűrű L
majd keresse meg a felületi feszültség
Feldolgozása kísérleti eredmények