Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение жидкости — формулы и определение с примерами

Содержание:

Поверхностное натяжение жидкости:

В отличие от газов жидкости имеют свободную поверхность. Молекулы, расположенные на поверхности жидкости, и молекулы внутри жидкости находятся в разных условиях:

a) молекулы внутри жидкости окружены другими молекулами жидкости со всех сторон. Молекула 1 внутри жидкости испытывает действие соседних молекул со всех сторон, поэтому равнодействующая сил притяжения, действующих на нее, равна нулю (f; молекула 1);

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

b) молекулы на поверхности жидкости испытывают действие со стороны соседних молекул жидкости только сбоку и снизу. Притяжение со стороны молекул газа (пара жидкости или воздуха) над жидкостью во много раз слабее, чем со стороны молекул жидкости, поэтому не принимаются во внимание (f; молекула 2). В результате каждая из равнодействующих сил Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Видео:Длина окружности. Математика 6 класс.Скачать

Длина окружности. Математика 6 класс.

Сила поверхностного натяжения

Сила поверхностного натяжения — это сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к линии, ограничивающей поверхность жидкости, и стремящаяся сократить площадь поверхности жидкости. Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине границы соприкосновения свободной поверхности жидкости с твердым телом:

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Здесь Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение— сила поверхностного натяжения жидкости, Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение— длина границы соприкосновения свободной поверхности жидкости с твердым телом, Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение(сигма) — коэффициент поверхностного натяжения:

Видео:+Как найти длину окружностиСкачать

+Как найти длину окружности

Коэффициент поверхностного натяжения

Коэффициент поверхностного натяжения — численно равен силе поверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины линии, ограничивающей поверхность жидкости:

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Значение коэффициента поверхностного натяжения зависит от вида жидкости и ее температуры, то есть с увеличением температуры жидкости коэффициент его поверхностного натяжения уменьшается и при критической температуре равен нулю. Единица коэффициента поверхностного натяжения в СИ:

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Смачивающая и несмачивающая жидкость. При внимательном рассмотрении можно увидеть искривление поверхности жидкости на границе между жидкостью и твердым телом.

Мениск — это искривление свободной поверхности жидкости в месте ее соприкосновении с поверхностью твердого тела (или другой жидкости). Угол между поверхностью мениска и поверхностью твердого тела называется краевым углом.

Значение краевого угла Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение(тетта) зависит от того, является ли жидкость смачивающей или несмачивающей твердое тело:

Смачивающая жидкость —это жидкость, у которой краевой угол острый. Сила взаимного притяжения между молекулами смачивающей жидкости и твердого тела больше, чем силы взаимного притяжения между молекулами самой жидкости. В результате свободная поверхность жидкости в сосуде становится вогнутой, например, вода в стеклянном сосуде — смачивающая жидкость (g).

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Несмачивающая жидкость — это жидкость, у которой краевой угол тупой. Сила взаимного притяжения между молекулами несмачивающей жидкости и твердого тела меньше, чем сила взаимного притяжения между молекулами самой жидкости. В результате свободная поверхность жидкости в сосуде бывает выпуклой, например, ртуть в стеклянном сосуде — несмачивающая жидкость (i).

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Капиллярные явления

В повседневной жизни встречаются и используются тела, с легкостью впитывающие в себя воду, например, полотенце, промокательная бумага, сахар, кирпич, растения и др. Это свойство в телах объясняется существованием в них большого количества очень узких трубочек — капилляров.

Капилляр — это узкая трубка (канал) диаметром меньше Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжением. Уровень жидкости внутри капилляра, опущенного в жидкость, в зависимости от ее свойств (смачивающая или несмачивающая), отличается от общего уровня жидкости:

Капиллярными явлениями называют явления подъема смачивающей и опускания несмачивающей жидкости по капилляру относительно общего уровня жидкости под действием сил поверхностного натяжения (j).

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

В таблице 6.4 дана зависимость между величинами, характеризующими жидкость, поднимающуюся в капилляре.

Характеристики жидкости, поднимающейся в капилляре

ФормулаВес жидкости, поднимающейся в капилляре

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Где Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение— радиус капилляра, Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение— диаметр капилляра.

Масса жидкости, поднимающейся в капилляреКак определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеВысота жидкости, поднимающейся в капилляре

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Если жидкость полностью смачиваемая, то получаем в Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеКак определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Где Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение— плотность жидкости, поднимающейся в капилляре. Высота подъема жидкости в капилляре зависит от рода жидкости и обратно пропорциональна радиусу капилляра.

Давление жидкости, поднимающейся в капилляреКак определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение жидкости

Некоторые виды пауков могут передвигаться по поверхности воды не проваливаясь, как будто эта поверхность покрыта невидимой тонкой пленкой. такое же впечатление создается, если наблюдать за вытеканием воды из маленького отверстия — вода течет не тоненькой струйкой, а образует капли. Бумажная салфетка впитывает воду, едва коснувшись ее поверхности. какая сила является причиной всех этих явлений?

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Каковы особенности поверхностного слоя жидкости

На свободной поверхности жидкости молекулы находятся в особых условиях, отличающихся от условий, в которых находятся молекулы внутри жидкости. Рассмотрим две молекулы — А и Б (рис. 33.1): молекула А находится внутри жидкости, а молекула Б — на ее поверхности. Молекула А окружена другими молекулами жидкости равномерно, поэтому силы, действующие на молекулу А со стороны молекул, попадающих в сферу межмолекулярного взаимодействия, скомпенсированы, то есть их равнодействующая равна нулю.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Молекула Б с одной стороны окружена молекулами жидкости, а с другой — молекулами газа. Со стороны жидкости на нее действует гораздо больше молекул, чем со стороны газа, поэтому равнодействующая  F межмолекулярных сил направлена в глубь жидкости. Чтобы молекула из глубины попала в поверхностный слой, нужно совершить работу против межмолекулярных сил. Это означает, что молекулы поверхностного слоя жидкости (по сравнению с молекулами внутри жидкости) обладают избыточной потенциальной энергией. Эта избыточная энергия является частью внутренней энергии жидкости и называется поверхностной энергией (Wпов). Очевидно, что чем больше площадь S поверхности жидкости, тем больше поверхностная энергия: W S пов = σ , где σ (сигма) — коэффициент пропорциональности, который называют поверхностным натяжением жидкости.

Поверхностное натяжение жидкости — физическая величина, которая характеризует данную жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости:

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Единица поверхностного натяжения в СИ — ньютон на метр:

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение жидкости определяется силами межмолекулярного взаимодействия, поэтому оно зависит:

  1. от природы жидкости: у летучих жидкостей (эфир, спирт, бензин) поверхностное натяжение меньше, чем у нелетучих (ртуть, жидкие металлы);
  2. температуры жидкости: чем выше температура жидкости, тем меньше поверхностное натяжение;
  3. присутствия в составе жидкости поверхностно активных веществ — их наличие уменьшает поверхностное натяжение;
  4. свойств газа, с которым жидкость граничит. В таблицах обычно приводят значение поверхностного натяжения на границе жидкости и воздуха при определенной температуре (табл. 1).

Поверхностное натяжение σ некоторых жидкостей

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Видео:КАК ИЗМЕРИТЬ ДЛИНУ ОКРУЖНОСТИ? · ФОРМУЛА + примеры · Длина окружности как найти? Математика 6 классСкачать

КАК ИЗМЕРИТЬ ДЛИНУ ОКРУЖНОСТИ? · ФОРМУЛА + примеры · Длина окружности как найти? Математика 6 класс

Что такое сила поверхностного натяжения

Поскольку поверхностный слой жидкости обладает избыточной потенциальной энергией (Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение), а любая система стремится к минимуму потенциальной энергии, то свободная поверхность жидкости стремится уменьшить свою площадь (сжаться). То есть вдоль поверхности жидкости действуют силы, которые пытаются стянуть эту поверхность. Эти силы называют силами поверхностного натяжения.

Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на натянутую резиновую пленку, однако упругие силы в резиновой пленке зависят от площади ее поверхности (от того, насколько пленка деформирована), а поверхность жидкости всегда «натянута» одинаково, то есть силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Наличие сил поверхностного натяжения можно доказать с помощью такого опыта. Если проволочный каркас с закрепленной на нем нитью опустить в мыльный раствор, каркас затянется мыльной пленкой, а нить приобретет произвольную форму (рис. 33.2, а).

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Если осторожно проткнуть иглой мыльную пленку по одну сторону от нити, сила поверхностного натяжения мыльного раствора, действующая с другой стороны, натянет нить (рис. 33.2, б). Опустим в мыльный раствор проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна. На рамке образуется мыльная пленка (рис. 33.3). Будем растягивать эту пленку, действуя на перекладину (подвижную сторону рамки) с некоторой силой Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Если под действием этой силы перекладина переместится на ∆x , то внешние силы совершат работу: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеЗа счет совершения этой работы площади обеих поверхностей пленки увеличатся, а значит, увеличится и поверхностная энергия: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениегде Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение— увеличение площади двух поверхностей мыльной пленки. Приравняв правые части полученных равенств, получим: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение, или: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Таким образом, поверхностное натяжение σ численно равно силе поверхностного натяженияКак определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение, которая действует на единицу длины l линии, ограничивающей поверхность: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

С одним из методов определения поверхностного натяжения жидкости вы ознакомитесь, выполняя лабораторную работу № 7.

Где проявляется поверхностное натяжение

В жизни вы постоянно сталкиваетесь с проявлениями сил поверхностного натяжения. Так, благодаря ему на поверхности воды удерживаются легкие предметы (рис. 33.4) и некоторые насекомые.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Рис. 33.4. Монетка удерживается на поверхности воды благодаря силе поверхностного натяжения. (Чтобы провести такой опыт, монетку нужно потереть между пальцев и осторожно опустить на поверхность воды.)

Когда вы ныряете, ваши волосы расходятся во все стороны, но как только вы окажетесь над водой, волосы слипнутся, так как в этом случае площадь свободной поверхности воды намного меньше, чем при раздельном расположении прядей в воде. По этой же причине можно лепить фигуры из влажного песка: вода, обволакивая песчинки, прижимает их друг к другу.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Рис. 33.5. Капля удерживается около небольшого отверстия до тех пор, пока сила поверхностного натяжения уравновешивает силу тяжести

Стремлением жидкости уменьшить площадь поверхности объясняется и тот факт, что в условиях невесомости вода принимает форму шара, — при заданном объеме шарообразной форме соответствует наименьшая площадь поверхности. Форму шара приобретают тонкие мыльные пленки (мыльные пузыри). Поверхностным натяжением объясняется образование пены: пузырек газа, достигнув поверхности жидкости, имеет над собой тонкий слой жидкости; если пузырек мал, то архимедовой силы недостаточно, чтобы разорвать двойной поверхностный слой, и пузырек «застревает» вблизи поверхности. Благодаря поверхностному натяжению жидкость не выливается из маленького отверстия тоненькой струйкой, а капает (рис. 33.5), дождь не проливается через ткань зонта или палатки и т. д.

Почему одни жидкости собираются в капли, а другие растекаются

Наличие сил поверхностного натяжения проявляется в сферической форме мелких капелек росы, в каплях воды, разбегающихся по раскаленной плите, в капельках ртути на поверхности стекла. Однако при соприкосновении с твердым телом сферическая форма капли, как правило, не сохраняется. Форма свободной поверхности жидкости зависит также от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость не смачивает поверхность твердого тела (рис. 33.6). Например, ртуть не смачивает стекло, а вода не смачивает покрытую сажей поверхность.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Рис. 33.6. Капля несмачивающей жидкости принимает форму, близкую к сферической, а поверхность жидкости вблизи стенки сосуда является выпуклой

Если же капельку ртути поместить на цинковую пластину, то капелька будет стремиться растечься по поверхности пластины; так же ведет себя и капелька воды на стекле (рис. 33.7). Если силы взаимодействия между молекулами жидкости меньше сил взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость смачивает поверхность твердого тела.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Рис. 33.7. Капля смачивающей жидкости стремится растечься по поверхности твердого тела, а вблизи стенки сосуда поверхность жидкости принимает вогнутую форму

Почему жидкость поднимается в капиллярах

В природе часто встречаются тела, пронизанные многочисленными мелкими капиллярами (от лат. capillaris — волосяной) — узкими каналами произвольной формы. Такую структуру имеют бумага, дерево, почва, многие ткани и строительные материалы. В цилиндрических капиллярах искривленная поверхность жидкости представляет собой часть сферы, которую называют мениском. У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск (рис. 33.8, а), а у несмачивающей — выпуклый (рис. 33.8, б).

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Рис. 33.8. капиллярные явления: а — смачивающая жидкость поднимается по капилляру; б — несмачивающая жидкость опускается в капилляре

Поверхность жидкости стремится к минимуму потенциальной энергии, а искривленная поверхность обладает большей площадью по сравнению с площадью сечения капилляра, поэтому поверхность жидкости стремится выровняться и под ней возникает избыточное (отрицательное или положительное) давление — лапласово давление (Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение).

Под вогнутой поверхностью (жидкость смачивает капилляр) лапласово давление отрицательное и жидкость втягивается в капилляр. Так поднимаются влага и питательные вещества в стеблях растений, керосин по фитилю, влага в почве. Вследствие лапласового давления салфетки или ткань впитывают воду, брюки в дождливую погоду сильно намокают снизу и т. д. Под выпуклой поверхностью (жидкость не смачивает капилляр) лапласово давление положительное и жидкость в капилляре опускается. Чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъема (или опускания) жидкости (см. задачу ниже).

Пример решения задачи

Капиллярную трубку радиусом r одним концом опустили в жидкость, смачивающую внутреннюю поверхность капилляра. На какую высоту поднимется жидкость в капилляре, если плотность жидкости ρ, а ее поверхностное натяжение σ ? Чему равно лапласово давление под вогнутой поверхностью капилляра? Смачивание считайте полным.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеКак определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Решение:

На жидкость в капилляре действуют сила тяжести и сила поверхностного натяжения ( Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениенаправлена вертикально вверх (по касательной к поверхности мениска). Подъем жидкости в капилляре будет продолжаться до тех пор, пока сила тяжести поднятого столба жидкости не уравновесит силу поверхностного натяжения: mg = Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение( *), где m — масса жидкости.

Поиск математической модели, решение

Поскольку m V = ρ , а объем воды в цилиндрическом капилляре Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение, Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение(длина окружности), следовательно, Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеПодставим выражения для m и Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениев равенство (*): Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеДля определения лапласова давления Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениепод поверхностью мениска воспользуемся тем фактом, что в однородной неподвижной жидкости давление на одном уровне (у нас — на уровне АВ) одинаково, то есть:

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

где R — радиус кривизны мениска (при полном смачивании r=R).

Ответ: (Данные выводы следует запомнить!)

  • Высота подъема жидкости в капилляре прямо пропорциональна поверхностному натяжению жидкости и обратно пропорциональна плотности жидкости и радиусу капилляра: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение.
  • Лапласово давление (избыточное давление) под сферической поверхностью жидкости прямо пропорционально поверхностному натяжению жидкости и обратно пропорционально радиусу кривизны мениска: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение.

  • Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной потенциальной энергией по сравнению с молекулами, находящимися внутри жидкости; эту энергию называют поверхностной энергией.
  • Физическая величина, которая характеризует жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости, называется поверхностным натяжением жидкости:Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение также равно силе, которая действует на единицу длины линии, ограничивающей поверхность жидкости:Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение.
  • Под искривленной поверхностью жидкости возникает избыточное (отрицательное или положительное) давление, благодаря которому жидкость поднимается в капиллярах, которые смачивает, и опускается в капиллярах, которые не смачивает. Высота подъема (опускания) жидкости в капилляре: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение
Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Физика
  2. Атомная физика
  3. Ядерная физика
  4. Квантовая физика
  5. Молекулярная физика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Свойства паров в физике
  • Кипение жидкостей в физике
  • Электромагнитные явления в физике
  • Электромагнитные волны и их свойства
  • Расчет количества теплоты при нагревании и охлаждении
  • Удельная теплота сгорания топлива
  • Плавление и кристаллизация в физике
  • Испарение жидкостей в физике

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Видео:Урок 197. Поверхностная энергия. Коэффициент поверхностного натяженияСкачать

Урок 197. Поверхностная энергия. Коэффициент поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

О чем эта статья:

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Видео:Деление окружностиСкачать

Деление окружности

Понятие и характеристики поверхностного натяжения

С явлением поверхностного натяжения жидкости мы сталкиваемся каждый день:

  • капли воды стремятся принять форму, близкую к шарообразной (а в невесомости они совсем шарообразные);
  • струя воды из-под крана стремится к цилиндрической форме;
  • булавка не тонет на поверхности воды в стакане;
  • многие насекомые могут скользить по поверхности воды.

Силы поверхностного натяжения действуют вдоль поверхности жидкости, стремясь сократить ее площадь. Как будто жидкость заключена в упругую пленку, которая стремится сжать свое содержимое.

Потенциальная энергия взаимного притяжения молекул жидкости больше их кинетической энергии. Это позволяет веществу сохранять объем (но не форму), и этот объем ограничивается поверхностью жидкости.

На молекулу жидкости, которая находится внутри, действуют силы притяжения со стороны других молекул, и они уравновешивают друг друга. А на ту молекулу, что находится на поверхности, действуют силы притяжения не только со стороны других молекул жидкости, но и со стороны газа (внешней среды). Эти вторые значительно меньше первых, поэтому равнодействующая сила притяжения направлена внутрь жидкости, что способствует удержанию молекулы на поверхности.

Поверхностное натяжение — это величина, которая показывает стремление жидкости сократить свою свободную поверхность, то есть уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с газообразной фазой.

Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше молекул, которые обладают избыточной потенциальной энергией, и тем больше поверхностная энергия. Этот факт можно записать в виде следующего соотношения:

Поверхностная энергия жидкости

W = σS

W — поверхностная энергия жидкости [Дж]

S — площадь свободной поверхности [м 2 ]

σ — коэффициент поверхностного натяжения [Н/м]

Отсюда мы можем вывести формулу коэффициента поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна отношению поверхностной энергии к площади свободной поверхности жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения

σ = W/S

W — поверхностная энергия жидкости [Дж]

S — площадь свободной поверхности [м 2 ]

σ — коэффициент поверхностного натяжения [Н/м]

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости зависит:

  • от природы жидкости;
  • температуры жидкости;
  • свойств газа, который граничит с данной жидкостью;
  • наличия поверхностно-активных веществ (например, мыло или стиральный порошок), которые уменьшают поверхностное натяжение.

Коэффициент поверхностного натяжения не зависит от площади свободной поверхности жидкости, хотя может быть рассчитан с ее помощью.

Если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать форму сферы, как капля воды или мыльный пузырь. Так же ведет себя вода в невесомости. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.

Сила поверхностного натяжения

F = σl

F — сила поверхностного натяжения [Н]

l — длина контура, ограничивающего поверхность жидкости [м]

σ — коэффициент поверхностного натяжения [Н/м]

В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели, не дающие ей собираться в капли на какой-либо поверхности. Например, их добавляют в жидкие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности пятен после высыхания.

Видео:Урок 198. Простейшие задачи на поверхностное натяжениеСкачать

Урок 198. Простейшие задачи на поверхностное натяжение

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы:научится определять коэффициент поверхностного натяжения жидкости различными методами.

Оборудование:

1 .Бюретка с краном.

3.Сосуд для сбора капель.

5.Масштабная линейка. 6.Миллиметровая бумага.

Теория

Молекулы в жидкости расположены на расстояниях, при которых проявляется действие их сил взаимного притяжения к друг другу. Потенциальная энергия взаимодействия молекул жидкости примерно равна их кинетической энергии . В расположении молекул жидкости имеется ближний порядок — упорядоченное расположение ее молекул в небольшом объеме. Каждая молекула жидкости колеблется около положения равновесия 10 -11 с, из которого скачком переходит к новому положению равновесия. Расстояния между молекулами жидкости сравнимы с диаметром молекул.

Основные свойства жидкости: имеет собственный объем, текучесть, хрупкость, практически не сжимается, на границе с газом образует свободную поверхность. Большинство свойств жидкого состояния вещества ближе к свойствам твердого состояния, чем к свойствам газообразного.

Поверхностное натяжение.

Внутри жидкости ( см. рис. 1 ) силы притяжения на одну молекулу М1 со стороны соседних с ней молекул, взаимно компенсируются. На молекулы поверхностного слоя жидкости М2 действуют неуравновешенные силы притяжения к молекулам, расположенным внутри жидкости. Наличие этих сил приводит к поверхностному натяжению.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение измеряется силой F , приходящейся на единицу длины контура l , ограничивающего эту поверхность, и действующей по касательной к этой поверхности. Сила поверхностного натяжения F стремится сократить площадь свободной поверхности жидкости до минимума.

где σ = F/l — коэффициент поверхностного натяжения жидкости (в н/м).

При сокращении площади свободной поверхности жидкости совершается работа:

Методы определения коэффициента поверхностного натяжения Метод отрыва капель.

Опыт осуществляют при помощи установки ( см. рис.2 ). Установка для определения коэффициента поверхностного натяжения состоит из штатива, на котором установлена бюретка с исследуемой жидкостью. Бюре́тка (от англ. burette) — тонкая проградуированная стеклянная трубка ёмкостью обычно 50 мл, открытая на одном конце и снабжённая стеклянным или тефлоновым запорным краном на другом. Предназначена для точного измерения небольших объемов жидкости. Крупные деления нанесены через каждый миллилитр, а мелкие — через 0,1 мл. На конце бюретки находится наконечник-трубка, в которой находится исследуемая жидкость.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Рис. 2

Открывая кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести её P=mg равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности- окружность шейки капли, P=F. Следовательно, F=mкап g, поэтому σ=m кап g/d. Опыт показывает, что dкап=0,9 d, где d-диаметр канала узкого конца бюретки.

Метод подъема воды в капиллярах

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах (см. рис.3). Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, не смачивающие – опускаются. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей Fн сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: Fт = Fн, где Fт = mg = ρhπr 2 g, Fн = σ2πr .Отсюда следует: h=2 Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение/ ρrg.

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Порядок выполнения работы

Опыт 1

1. Собрать установку и наполнить бюретку водой

2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки.

3. Определить по шкале бюретки начальный объем воды V1 в мл (1мл=10 -6 м 3 ).

4. Поставить под бюретку сосуд, наполнить ее водой и, плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через1-2с.)

5. Отсчитать 20-40 капель.

6. Определить конечный объем воды в бюретке V2.

7. Найти объем капель по формуле: Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеV = V2 – V1.

8. Масса одной капли будет равна: mx = Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение.

9. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения жидкости по формуле:

σ = Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

где Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение=10 3 кг/ м 3 – плотность воды, d-диаметр бюретки, Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение-ускорение свободного падения.

Опыт 2

1. Опустить в стакан с водой капиллярную трубку.

2. Измерить высоту подъёма воды h в капиллярной трубке над поверхностью воды в стакане(см.рис.3).

3. Измерить диаметр капилляра d, вычислить его радиус r=d/2.

4. Произвести вычисления коэффициента поверхностного натяжения по формуле

Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеhr Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеg/2

5. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

6. Сравнить результаты с табличным значением коэффициента поверхностного натяжения Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениетабл=0,072 Н/м и определить абсолютную погрешность методом оценки результатов измерений Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

7. Определить относительную погрешность Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение•100 Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение/ Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

8. Все вычисления подробно записать .

Число капель Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжениеДиаметр d трубки (м)Масса капель m (кг)Коэффициент поверхностного натяжения Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение(Н/м)Относительная погрешность ε Как определить длину внутренней окружности отверстия поверхностное натяжение

Контрольные вопросы

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости ?

2. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, а в другой — с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.

3 . Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

4. Какую жидкость можно налить в стакан выше краев?

5. Между двумя столбами натянута веревка. Как изменится прогиб веревки, если она намокнет от дождя?

6.Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

7.Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт про водить в другом месте Земли?

8. Должны ли смазочные материалы смачивать трущиеся металлы?

9.Изменится ли высота поднятия жидкости в капиллярной трубке, если ее наклонить?

🔥 Видео

Длина окружности. Площадь круга. 6 класс.Скачать

Длина окружности. Площадь круга. 6 класс.

Поверхностное натяжениеСкачать

Поверхностное натяжение

Длина окружности. Площадь круга - математика 6 классСкачать

Длина окружности. Площадь круга - математика 6 класс

КАК НАЙТИ ДИАМЕТР ОКРУЖНОСТИ, ЕСЛИ ИЗВЕСТНА ДЛИНА ОКРУЖНОСТИ? Примеры | МАТЕМАТИКА 6 классСкачать

КАК НАЙТИ ДИАМЕТР ОКРУЖНОСТИ, ЕСЛИ ИЗВЕСТНА ДЛИНА ОКРУЖНОСТИ? Примеры | МАТЕМАТИКА 6 класс

Окружность и круг, 6 классСкачать

Окружность и круг, 6 класс

Урок 200. Задачи на поверхностное натяжение - 1Скачать

Урок 200. Задачи на поверхностное натяжение - 1

Радиус и диаметрСкачать

Радиус и диаметр

Как найти длину окружностиСкачать

Как найти длину окружности

Длина окружности. 9 класс.Скачать

Длина окружности. 9 класс.

Длина дуги окружности. 9 класс.Скачать

Длина дуги окружности. 9 класс.

Деление окружности на равные части. Внимание!!! В таблице имеются ошибки. ПОЛЬЗУЙТЕСЬ ФОРМУЛОЙ!!!Скачать

Деление окружности на равные части. Внимание!!! В таблице имеются ошибки. ПОЛЬЗУЙТЕСЬ ФОРМУЛОЙ!!!

Деление окружности на 3; 6; 12 равных частейСкачать

Деление окружности на 3; 6; 12 равных частей

КАК НАЙТИ ДЛИНУ ОКРУЖНОСТИ, ЕСЛИ ИЗВЕСТЕН ДИАМЕТР ИЛИ РАДИУС? Примеры | МАТЕМАТИКА 6 классСкачать

КАК НАЙТИ ДЛИНУ ОКРУЖНОСТИ, ЕСЛИ ИЗВЕСТЕН ДИАМЕТР ИЛИ РАДИУС? Примеры | МАТЕМАТИКА 6 класс

ДЛИНА ДУГИ окружности 9 класс Атанасян 1111 1112 длина окружностиСкачать

ДЛИНА ДУГИ окружности 9 класс Атанасян 1111 1112 длина окружности
Поделиться или сохранить к себе: