Презентация к уроку физики "Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение"; 10 класс

Свойства жидкостей Поверхностное натяжение

•Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти вплотную друг к другу. •Могут совершать тепловые колебания около фиксированных центров. •Каждая молекула жидкости, также как и в твердом теле, «зажата» со всех сторон соседними молекулами и совершает тепловые колебания около некоторого положения равновесия. •Время от времени любая молекула может переместиться в соседнее вакантное место. •Молекулы могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей. •Из-за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком.

Пример ближнего порядка молекул жидкости и дальнего порядка молекул кристаллического вещества: 1 – вода; 2 – лед.

Молекула воды H2O состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных под углом 104°. Среднее расстояние между молекулами пара в десятки раз превышает среднее расстояние между молекулами воды. Молекулы воды увеличены примерно в 5·107 раз.

Молекулярный механизм поверхностного натяжения. Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю.

Капля масла в водном растворе спирта. Молекулы, находящиеся на поверхности под действием результирующей силы притяжения втягиваются внутрь жидкости. Поэтому на поверхности жидкости оказывается минимальное число молекул и жидкость принимает сферическую форму, имеющую минимальную поверхность.

В космическом корабле шарообразную форму принимает и достаточно большая масса жидкости.

Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости Епов S

Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону его сокращения. A F0 x Fпов F1 F2  2 F0 F1  F2 Fпов Eпов S 2 Fпов x  2lx Fпов  l σ – поверхностное натяжения, Н/м (величина табличная)

Поверхностное натяжение жидкости зависит: 1) от природы жидкости, т. е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости; 2) от температуры (с увеличением температуры поверхностное натяжение уменьшается) .  Ни в коем случае поверхностное натяжение не зависит от величины поверхности. Оно само есть коэффициент пропорциональности между свободной поверхностной энергией Гиббса и величиной поверхности. Разумеется, поверхностное натяжение будет изменяться, если в жидкости будут растворены другие вещества, особенно поверхностно-активные (молекулы которых скапливаются в поверхностном слое) . Но введение других веществ в жидкость означает изменение ее природы (была чистая жидкость - стал раствор) . Для чистой жидкости при определенной температуре поверхностное натяжение - константа, которая приводится в справочниках. (Это также означает, что поверхностное натяжение жидкости зависит от ее природы и температуры.)

Действие сил поверхностного натяжения Поверхностное натяжение жидкостей, находящихся в контакте с воздухом, мН/м.

Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление Δp. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе 2πR разреза, и сил избыточного давления, действующих на площадь πR2 сечения. Условие равновесия записывается в виде: 2  2R p R

Отсюда избыточное давление внутри капли равно: 4 p  R  капля жидкости  Избыточное давление внутри мыльного пузыря в два раза больше, так как пленка имеет две поверхности: 2 p  R  мыльный пузырь

Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела Fж  т Fж-т>Fж Fж-т

Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в капиллярах. Смачиваемая жидкость поднимается в капилляре Несмачиваемая жидкость опускается в капилляре

Равновесие жидкости в капилляре Fпов mg Fпов  r 2 m V r h  2r r 2 hg 2 h gr

Поднятие жидкости в капиллярах разного диаметра (D1 > D2, h1 < h2).