Povrchová energia kvapaliny. Povrchové napätie

Molekuly v kvapaline majú kinetickú energiu tepelný pohyb a potenciálna energia medzimolekulovej interakcie. Aby sa molekula presunula z hĺbky kvapaliny na povrch, musí sa vykonať práca na prekonaní sily molekulárneho tlaku. Túto prácu vykonáva molekula vďaka zásobe kinetickej energie a využíva sa na zvýšenie jej potenciálnej energie. Preto majú molekuly povrchovej vrstvy dodatočnú potenciálnu energiu v porovnaní s molekulami vo vnútri kvapaliny. Táto dodatočná potenciálna energia, ktorú majú molekuly povrchovej vrstvy, sa nazýva povrchová energia.

Ak sa povrch kvapaliny natiahne, potom sa na povrch dostane stále viac nových molekúl a potenciálna energia povrchovej vrstvy sa zvýši. Preto je povrchová energia úmerná ploche samotného povrchu kvapaliny (obr. 4).

Kde A je práca sily povrchového napätia; F je sila povrchového napätia; D X– napínanie fólie; D S- zmena povrchu fólie.

Z tohto výrazu možno uviesť ešte jednu definíciu koeficientu povrchového napätia.

Koeficient povrchového napätia sa rovná voľnej povrchovej energii na jednotku plochy povrchu. V tomto prípade je jednotkou merania [a]=[J/m2].

Nečistoty v kvapaline majú veľký vplyv na povrchové napätie. Napríklad mydlo rozpustené vo vode znižuje povrchové napätie na 0,045 N/m, zatiaľ čo cukor alebo soľ ho zvyšuje. Látky, ktoré menia povrchové napätie, sa nazývajú povrchne aktívny. Patria sem olej, mydlo, alkohol.Tento jav sa vysvetľuje medzimolekulovými interakciami medzi molekulami. Ak je interakcia medzi molekulami samotnej kvapaliny väčšia ako medzi molekulami kvapaliny a nečistoty, potom sa molekuly nečistôt vytlačia na povrch a koncentrácia nečistôt na povrchu je väčšia; než v objeme, čo vedie k zníženiu povrchového napätia.

Povrchovo aktívne látky sa široko používajú pri rezaní kovov, vŕtaní hornín atď., Pretože deštrukcia hornín v ich prítomnosti je jednoduchšia, keďže sú adsorbované na povrchu pevného telesa, prenikajú do mikrotrhlín a prispievajú k ďalšiemu rozvoju týchto trhlín do hĺbky. .

(molekulárna fyzika a termodynamika)

Meranie koeficientu

povrchové napätie kvapaliny.

Vybavenie : dynamometer, pohyblivý pohár na vodu, slučka.

Stručná teória.

Kvapalné častice (atómy, molekuly, ióny), podobne ako molekuly plynu, vykonávajú nepretržité chaotické oscilácie okolo rovnovážnej polohy a priemerná kinetická energia týchto oscilácií určuje teplotu telesa. "Sloboda" týchto pohybov je obmedzená silami interakcie medzi časticami, môžu sa však občas pohybovať, skákať z jedného miesta na druhé. Preto má kvapalina vlastnosť tekutosti. Rovnaké skoky vysvetľujú proces difúzie v kvapaline. Pri zahrievaní sa kvapaliny rozťahujú, ale ich teplotný koeficient objemovej rozťažnosti je oveľa nižší ako u plynov pri konštantnom tlaku. Kvôli malým vzdialenostiam medzi časticami nie sú kvapaliny veľmi stlačiteľné. Najcharakteristickejšou vlastnosťou kvapaliny, ktorá ju odlišuje od plynov, je, že kvapalina tvorí na rozhraní s plynom alebo parou voľný povrch. Preto napríklad voda v nádobe zaberá len časť objemu určeného jej hmotnosťou a hustotou, zatiaľ čo plyny zaberajú celý objem, ktorý im je poskytnutý.

Zvážte vlastnosti povrchu kvapaliny. Molekuly nachádzajúce sa v povrchovej vrstve kvapaliny sú v iných podmienkach v porovnaní s molekulami vo vnútri kvapaliny. Každá molekula kvapaliny, obklopená zo všetkých strán inými molekulami, je vystavená príťažlivým silám, ktoré so vzdialenosťou rýchlo klesajú (obr. 1); preto od určitej minimálnej vzdialenosti môžu byť príťažlivé sily medzi molekulami zanedbané. Táto vzdialenosť (rádovo 10 -9 m) sa nazýva polomer molekulárneho pôsobenia r a sféra polomeru r - sféra molekulárneho pôsobenia.

Molekuly na povrchu kvapaliny a v jej hĺbke sú in rôzne podmienky. Uvažujme molekulu nachádzajúcu sa v objeme kvapaliny – molekulu A(obr. 1). Táto molekula bude ovplyvnená iba tými susedmi, ktorí sú v oblasti molekulárneho pôsobenia polomeru r. Sily, ktorými tieto molekuly pôsobia na molekulu A, smerujú rôznymi smermi a sú v priemere kompenzované, takže výsledná sila pôsobiaca na molekulu vo vnútri kvapaliny od iných molekúl je rovná nule.

Situácia je úplne iná, ak molekula IN umiestnené v určitej vzdialenosti od povrchu r. V tomto prípade je sféra molekulárneho pôsobenia len čiastočne umiestnená vo vnútri kvapaliny. Nad povrchom kvapaliny sa nachádza para, ktorej hustota je mnohonásobne menšia ako hustota kvapaliny (pri teplotách pod kritickou teplotou), takže interakciu molekúl pary s molekulami kvapaliny možno zanedbať. Preto výslednica síl F, aplikovaný na každú molekulu povrchovej vrstvy, sa nerovná nule a smeruje dovnútra kvapaliny. teda výsledné sily všetkých molekúl povrchovej vrstvy vyvíjajú tlak na kvapalinu, nazývaný molekulárny tlak.

Celková energia kvapalných častíc je súčtom energie ich chaotického (tepelného) pohybu a potenciálnej energie v dôsledku síl medzimolekulovej interakcie. Na presun molekuly z hĺbky kvapaliny do povrchovej vrstvy je potrebné vynaložiť prácu. Táto práca sa vykonáva na úkor kinetickej energie molekúl a vedie k zvýšeniu ich potenciálnej energie. Preto molekuly povrchovej vrstvy kvapaliny majú väčšiu potenciálnu energiu ako molekuly vo vnútri kvapaliny. Čím väčší je povrch kvapaliny, tým viac molekúl má nadbytočnú potenciálnu energiu. Táto dodatočná energia, ktorú majú molekuly v povrchovej vrstve kvapaliny, sa nazýva povrchová energia, je úmerná ploche vrstvy

, (1)

kde je σ koeficient povrchového napätia, čo je špecifická povrchová energia vrstvy.

Povrchová energia je jedným z typov vnútornej energie, ktorá chýba v plynoch, ale je dostupná v kvapalinách a tuhých látkach.

Molekuly, ktoré sú na povrchu kvapaliny, budú mať tendenciu "vtiahnuť" do kvapaliny. V dôsledku tepelného pohybu sa malá časť molekúl opäť dostane na povrch. Molekuly sa vťahujú dovnútra rýchlejšie ako pohyb molekúl smerom k povrchu. Všetky molekuly však nemôžu ísť dovnútra, takže na povrchu zostáva počet molekúl, pri ktorom je povrch minimálny pre daný objem kvapaliny. Povrch kvapaliny sa bude zmršťovať, kým sa nedosiahne dynamická rovnováha, t.j. kým počet molekúl opúšťajúcich povrchovú vrstvu a vracajúcich sa do nej za rovnaký čas nebude rovnaký. Keďže rovnovážny stav je charakterizovaný minimom potenciálnej energie, kvapalina v neprítomnosti vonkajších síl nadobudne taký tvar, že pre daný objem má minimálny povrch, t.j. tvar gule.

R uvažujme časť povrchu kvapaliny ohraničenú uzavretým obrysom a B C d(obr. 2).

Túžba tohto úseku zmenšiť vedie k tomu, že pôsobí na susedné úseky silami rozloženými po celom obryse. Tieto sily volal sily povrchového napätia: sila, ktorá pôsobí pozdĺž povrchu kvapaliny kolmo na čiaru, ktorá ohraničuje tento povrch, a má tendenciu ju znižovať na minimum.

Ak na obvod pôsobí vonkajšia sila F 1 , snažiac sa zväčšiť plochu obrysu posunutím sekcie ab na diaľku dx do novej pozície a" b" , potom sa vykonajú nasledujúce práce:

, (2)

tu sa berie do úvahy, že
podľa Newtonovho zákona III, kde F- sila povrchového napätia kvapaliny, ktorá má tendenciu udržiavať stav kvapaliny v rovnováhe.

Podľa zákona zachovania energie
- práca sa rovná zmene energie povrchu kvapaliny, t.j. zmena povrchovej energie. teda

. (3)

Dajme rovnítko medzi pravé časti rovníc (2) a (3), berúc do úvahy to
, Kde ℓ - dĺžka obrysu:

, teda,

. (4)

Vzorec (4) je vzorec na výpočet sily povrchového napätia.

Hodnota σ - sa nazýva koeficient povrchového napätia. Jeho fyzikálny význam možno určiť pomocou vzorcov (3) a (4):

Jednotky merania koeficientu povrchového napätia:

.

Koeficient povrchového napätia závisí od druhu kvapaliny, od jej teploty, od stupňa čistoty látky. Napríklad povrchovo aktívne látky znižujú koeficient povrchového napätia.

Ryža. 9.3. Pôsobenie medzimolekulových síl v objeme a na povrchu

Výslednica všetkých týchto síl je rovná 0. Molekula nachádzajúca sa na povrchu je priťahovaná iba vnútornými molekulami (plyn slabo interaguje v dôsledku jeho riedenia), výslednica týchto síl smeruje dovnútra telesa, t.j. tendencia vťahovať povrchové molekuly do tela je jasne vyjadrená, povrch tela je akoby v napätom stave a má tendenciu sa sťahovať. Pretože pôsobenie síl na povrchové molekuly nie je kompenzované, takéto molekuly majú voľnú povrchovú energiu. Dajme si definíciu.

Voľná ​​povrchová energia je prebytočná energia molekúl povrchovej vrstvy v porovnaní s molekulami umiestnenými vo vnútri DE = E* – E porov.

Táto energia závisí od povahy látky kontaktujúcich fáz, od teploty a plochy rozhrania medzi fázami.

S je plocha separácie fáz, m2;

s - koeficient úmernosti, nazývaný koeficient povrchového napätia (alebo jednoducho povrchové napätie), J / m 2.

Ako viete, každý systém má sklon k minimu energie. Na zníženie voľnej povrchovej energie (F s = sS) má systém dva spôsoby: znížiť povrchové napätie s resp

oblasť fázového rozhrania S .

Pokles s nastáva, keď sú látky adsorbované na pevných a kvapalných povrchoch (to je hnacia sila adsorpcie), keď sa jedna kvapalina rozprestiera nad druhou.

Túžba zmenšiť povrch S vedie k splynutiu častíc dispergovanej fázy, k ich zväčšeniu (v tomto prípade sa zmenšuje špecifický povrch), t.j. to je dôvod termodynamickej nestability disperzných systémov.

Túžba kvapaliny zmenšiť povrch vedie k tomu, že má tendenciu mať formu gule. Matematické výpočty ukazujú, že guľa má pri konštantnom objeme najmenšiu plochu, takže častice kvapaliny nadobúdajú guľový tvar, pokiaľ tieto kvapky nie sú sploštené gravitáciou. Kvapky ortuti na povrchu majú podobu guľôčok. Guľovitý tvar planét sa pripisuje aj pôsobeniu povrchových síl.

Povrchové napätie

fyzický význam koeficient povrchového napätia (s) možno interpretovať z rôznych hľadísk.

1. Voľná ​​povrchová energia (špecifická povrchová energia)

Z vyjadrenia 9.3. by mal

[J / m 2 ], (9,4)

kde F s – voľná povrchová energia, J;

Preto ten fyzický význam s je voľná povrchová energia molekúl povrchovej vrstvy na ploche 1 m 2 (alebo na inej jednotkovej ploche), t.j. špecifická povrchová energia.

Čím väčší je koeficient s, tým väčšia je veľkosť povrchovej energie (pozri tabuľku 9.1.).

2. Pracujte na vytvorení nového povrchu

Keďže energia je mierou výkonu, nahradením F s W dostaneme:

[J/m2], (9,5)

kde W je práca na vytvorení nového rozhrania, J;

S je plocha rozhrania, m 2 .

Z výrazu 9.5 vyplýva, že s je práca, ktorá sa musí vykonať, aby sa zväčšila o jednotku plochy fázového rozhrania za izotermických podmienok s konštantným objemom kvapaliny(t.j. preniesť príslušný počet molekúl kvapaliny z objemu do povrchovej vrstvy).

Napríklad, keď sa rozprašuje kvapalina, vykoná sa práca, ktorá prechádza do voľnej povrchovej energie (pri rozprašovaní sa povrch separácie fáz mnohonásobne zväčší). Rovnaká práca sa vynakladá pri drvení pevných látok.

Pretože povrchové napätie súvisí s prácou vynaloženou na rozbitie medzimolekulových väzieb počas prenosu molekúl z objemu do povrchovej vrstvy, je zrejmé, že povrchové napätie je mierou síl medzimolekulovej interakcie vo vnútri kvapaliny. Čím je kvapalina polárnejšia, tým silnejšia je interakcia medzi molekulami, čím silnejšie sú povrchové molekuly vtiahnuté dovnútra, tým vyššia je hodnota s.

Z tekutín najvyššia hodnota s blízko vody (pozri tabuľku 9.1.). Nie je to náhoda, pretože medzi molekulami vody sa vytvárajú dostatočne silné vodíkové väzby. V nepolárnych uhľovodíkoch existujú medzi molekulami len slabé disperzné interakcie, takže ich povrchové napätie je nízke. Viac väčšiu hodnotu s y tekutá ortuť. To naznačuje významnú medziatómovú interakciu (a veľkú hodnotu voľnej povrchovej energie).

Pevné látky sa vyznačujú vysokou hodnotou s.

povrchová sila

Existuje aj silová interpretácia povrchového napätia. Na základe rozmeru koeficientu povrchového napätia J/m 2 môžeme písať

teda povrchové napätie je povrchová sila aplikovaná na jednotkovú dĺžku obrysu, ktorá ohraničuje povrch a je zameraná na zníženie rozhrania.

Existenciu tejto sily živo ilustruje Dupreho skúsenosť. Na pevnom drôtenom ráme je upevnený pohyblivý mostík (obr. 9.2). V ráme je natiahnutý mydlový film (pozícia 1). Na natiahnutie tejto fólie do polohy 2 musí byť aplikovaná sila F1, proti ktorej pôsobí sila povrchového napätia F2. Táto sila smeruje pozdĺž povrchu (tangenciálne), kolmo na obrys, ktorý ohraničuje povrch. Pre film na obr. 9.2 úlohu časti okruhu zohráva pohyblivá prepojka.

Ryža. 9.3. Pôsobenie síl povrchového napätia

Sily povrchového napätia majú teda tieto vlastnosti:

1) rovnomerne rozložené pozdĺž fázovej čiary;

Povrchové napätie sa vyskytuje na všetkých rozhraniach. V súlade so stavom agregácie týchto fáz, nasledujúci zápis:

s L-G (na hranici kvapalina-plyn)

s L1-L2 (na hranici dvoch nemiešateľných kvapalín)

s T-G (na hranici tuhé teleso - plyn)

s T-L (na hranici tuhé teleso - kvapalina)

Hodnoty koeficientov povrchového napätia niektorých látok na hranici so vzduchom a na niektorých medzikvapalných hraniciach sú uvedené v tabuľke. 9.3.

Priamo experimentálne je možné určiť povrchové napätie na rozhraní kvapalina-plyn a kvapalina-kvapalina. Metódy stanovenia povrchového napätia na rozhraní s pevným telesom sú založené na nepriamych meraniach.

Metódy zisťovania povrchového napätia sú rozdelené do troch skupín: statické, semistatické a dynamické.

Statické metódy určujú povrchové napätie prakticky nepohyblivých povrchov vytvorených dlho pred začiatkom meraní a teda v rovnováhe s objemom kvapaliny. Tieto metódy zahŕňajú metódu kapilárneho vzostupu a metódu prisadenej alebo visiacej kvapky (bubliny).

Dynamické metódy sú založené na skutočnosti, že niektoré typy mechanických účinkov na kvapalinu sú sprevádzané periodickým naťahovaním a stláčaním jej povrchu, ktoré sú ovplyvnené povrchovým napätím. Tieto metódy určujú nerovnovážnu hodnotu s. Dynamické metódy zahŕňajú metódy kapilárnych vĺn a oscilačného prúdu.

polostatický nazývané metódy na určenie povrchového napätia fázového rozhrania, ktoré vzniká a je periodicky aktualizované v procese merania (metóda maximálneho tlaku bublín a stalagometrická metóda), ako aj metódy na odtrhnutie prstenca a stiahnutie platne. Tieto metódy umožňujú určiť rovnovážnu hodnotu povrchového napätia, ak sa merania uskutočňujú za takých podmienok, že čas, počas ktorého dochádza k vytvoreniu rozhrania, je oveľa dlhší ako čas na dosiahnutie rovnováhy v systéme.

Tabuľka 9.3

Povrchové napätie (špecifická povrchová energia)

niektoré látky na hranici so vzduchom (298 K)

Látka	s, mJ/m2		Látka	s, mJ/m2
Kvapalina		Pevné látky
Hexán	18,4		Ľad (270 K)
Oktánový	21,8		Kremeň
etanol	22,0		MgO
Benzín	25,0		hliník
benzén	28,2		Železo
Octová kyselina	27,8		Volfrám
Kyselina mravčia	36,6		diamant
anilín	43,2		Polyméry
Voda	71,95		Polytetrafluóretylén	18,5
Merkúr	473,5		Polyetylén	31,0
kvapalina - kvapalina		Polystyrén	33,0
benzén - voda	34,4		PVC	40,0
anilín - voda	4,8		Plexisklo	38,0
Chloroform - voda	33,8		Smalt K-2	31,7

metóda kapilárneho vzostupu

Stúpanie kvapaliny v kapiláre (ak kvapalina zmáča steny kapiláry) je spôsobené povrchovým napätím. Medzi povrchovým napätím a výškou stúpania kvapaliny v kapiláre (obr. 9.4) je nasledujúci vzťah

, (9.7)

kde s je povrchové napätie; h je výška stĺpca kvapaliny; r2 a r1 sú hustoty kvapaliny a nasýtenej pary; g je zrýchlenie voľného pádu; q je kontaktný uhol zmáčania; r je polomer kapiláry.

Na experiment potrebujete: kapiláru s priemerom 0,2-0,3 mm; nádoba, do ktorej sa naleje testovacia kvapalina; katetometer na meranie výšky stúpania kvapaliny (presnosť ± 1 µm) a zariadenie na zvýraznenie menisku.

Najväčšie ťažkosti spôsobuje meranie uhla zmáčania q. Preto je táto metóda najvhodnejšia na použitie pri kvapalinách, v ktorých q = 0 0 .

Ryža. 9.4. Zvýšenie hladiny tekutiny v kapiláre

Tento stav je pozorovaný pre vodu a mnohé organické kvapaliny. Keďže cos 0 0 = 1, výraz (9.7) je zjednodušený a možno ho použiť na výpočet s. Metóda kapilárneho stúpania je jednou z najpresnejších metód na určenie povrchového napätia.

Celková energia kvapalných častíc je súčtom energie ich chaotického (tepelného) pohybu a potenciálnej energie v dôsledku síl medzimolekulovej interakcie. Na presun molekuly z hĺbky kvapaliny do povrchovej vrstvy je potrebné vynaložiť prácu. Táto práca sa vykonáva na úkor kinetickej energie molekúl a vedie k zvýšeniu ich potenciálnej energie. Preto molekuly povrchovej vrstvy kvapaliny majú väčšiu potenciálnu energiu ako molekuly vo vnútri kvapaliny. Táto dodatočná energia, ktorú majú molekuly v povrchovej vrstve kvapaliny, nazývaná povrchová energia, je úmerná ploche vrstvy D S:

Kde s- povrchové napätie.

Keďže rovnovážny stav je charakterizovaný minimom potenciálnej energie, kvapalina v neprítomnosti vonkajších síl nadobudne taký tvar, že pre daný objem má minimálny povrch, t.j. tvar gule. Pri pozorovaní najmenších kvapôčok zavesených vo vzduchu môžeme vidieť, že skutočne majú tvar guľôčok, ale trochu zdeformovaných pôsobením gravitačných síl.

Podmienkou stabilnej rovnováhy kvapaliny je teda minimum povrchovej energie. To znamená, že kvapalina pre daný objem by mala mať najmenší povrch, t.j. kvapalina má tendenciu zmenšovať voľný povrch. V tomto prípade možno povrchovú vrstvu kvapaliny prirovnať k napnutej elastickej fólii, v ktorej pôsobia ťahové sily.

Pôsobením síl povrchového napätia (nasmerovaných tangenciálne k povrchu kvapaliny a kolmo na úsek obrysu, na ktorý pôsobia) sa povrch kvapaliny stiahol a uvažovaný obrys sa posunul do polohy vyznačenej svetlosivou farbou. Sily pôsobiace z vybranej oblasti na priľahlé oblasti fungujú

Kde f je sila povrchového napätia pôsobiaca na jednotku dĺžky obrysu povrchu kvapaliny.

Z obr. 97 ukazuje, že D lDx= D S, t.j.

Táto práca sa vykonáva znížením povrchovej energie, t.j.

Porovnanie výrazov (66.1) - (66.3) ukazuje, že

t.j. povrchové napätie s sa rovná sile povrchového napätia na jednotku dĺžky obrysu, ktorý ohraničuje povrch. Jednotka povrchového napätia - newton na meter(N/m) alebo joule na meter štvorcový(J/m2) (pozri (66.4) a (bb.1)). Väčšina kvapalín pri teplote 300 K má povrchové napätie rádovo 10 -2 -10 -1 N/m. Povrchové napätie klesá so zvyšujúcou sa teplotou, keďže sa zväčšujú priemerné vzdialenosti medzi molekulami kvapaliny.

Povrchové napätie v podstate závisí od nečistôt prítomných v kvapalinách. Látky, ktoré znižujú povrchové napätie kvapaliny, sa nazývajú povrchovo aktívne. Najznámejšou povrchovo aktívnou látkou pre x vodu je mydlo. Výrazne znižuje jeho povrchové napätie (približne od 7,5 10 -2 do 4,5 10 -2 N/m). Povrchovo aktívne látky znižujúce povrchové napätie vody sú tiež alkoholy, étery, olej atď.

Existujú látky (cukor, soľ), ktoré zvyšujú povrchové napätie kvapaliny v dôsledku toho, že ich molekuly interagujú s molekulami kvapaliny silnejšie ako molekuly kvapaliny navzájom. Ak napríklad osolíte mydlový roztok, potom sa do povrchovej vrstvy tekutiny vytlačí viac molekúl mydla ako v sladkej vode.

Prednáška 11. Charakteristika kvapalného skupenstva látok. Povrchová vrstva kvapaliny. Energia povrchovej vrstvy. Javy na rozhraní kvapaliny s pevným telesom. kapilárne javy.

CHARAKTERISTIKY KVAPALNÉHO STAVU LÁTKY

Kvapalina je súhrnný stav hmoty, ktorý je medzi plynným a pevným stavom.

Látka v kvapalnom stave si zachováva svoj objem, ale nadobúda tvar nádoby, v ktorej sa nachádza.Zachovanie objemu v kvapaline dokazuje, že medzi jej molekulami pôsobia príťažlivé sily.

Ak je okolo molekuly kvapaliny opísaná sféra molekulárneho pôsobenia, potom vo vnútri tejto sféry budú centrá mnohých iných molekúl, ktoré budú interagovať s našou molekulou. Tieto interakčné sily udržujú molekulu kvapaliny blízko jej dočasnej rovnovážnej polohy približne 10 -12 -10 -10 s, po ktorej preskočí do novej dočasnej rovnovážnej polohy približne vo vzdialenosti jej priemeru. Medzi skokmi molekuly kvapaliny oscilujú okolo dočasnej rovnovážnej polohy.

Čas medzi dvoma skokmi molekuly z jednej polohy do druhej sa nazýva čas ustáleného života.

Tento čas závisí od typu kvapaliny a teploty. Keď sa kvapalina zahrieva, priemerný čas ustálenej životnosti molekúl sa znižuje.

Takže v malom objeme kvapaliny sa pozoruje usporiadané usporiadanie jej molekúl a vo veľkom objeme sa ukáže ako chaotické. V tomto zmysle sa hovorí, že v kvapaline existuje v usporiadaní molekúl usporiadanie na krátke vzdialenosti a neexistuje usporiadanie na veľké vzdialenosti. Táto štruktúra kvapaliny sa nazýva kvázikryštalická (podobná kryštálom).

KVAPALNÉ VLASTNOSTI

1. Ak je čas pôsobenia sily na kvapalinu krátky, potom kvapalina vykazuje elastické vlastnosti. Napríklad, keď palica prudko narazí na hladinu vody, palica môže vyletieť z ruky alebo sa zlomiť; Kameň sa dá hodiť tak, že pri dopade na hladinu sa od nej odrazí a až po niekoľkých skokoch sa ponorí do vody.

2. Ak je čas vystavenia kvapaline dlhý, potom sa namiesto elasticity objaví tekutosť kvapaliny. Napríklad ruka ľahko prenikne do vody.

3. Pri krátkodobom pôsobení sily na prúd kvapaliny sa táto prejavuje krehkosťou. Pevnosť kvapaliny a pretrhnutie, aj keď sú menšie ako pevnosť pevných látok, nie sú v porovnaní s nimi čo do veľkosti oveľa nižšie. Pre vodu je to 2,5-107 N/m2.

4. Stlačiteľnosť kvapaliny je tiež veľmi malá, hoci je väčšia ako stlačiteľnosť rovnakých látok v pevnom stave. Napríklad pri zvýšení tlaku o 1 atm sa objem vody zníži o 50 ppm.

Prestávky vo vnútri kvapaliny, v ktorej nie sú žiadne cudzie látky, ako je vzduch, sa dajú dosiahnuť iba intenzívnym dopadom na kvapalinu, napríklad pri rotácii vrtúľ vo vode, keď sa v kvapaline šíria ultrazvukové vlny. Takéto dutiny vo vnútri kvapaliny nemôžu existovať dlhú dobu a náhle sa zrútia, t.j. zmiznú. Tento jav sa nazýva kavitácia (z gréckeho „cavitas“ – dutina). Spôsobuje rýchle opotrebovanie vrtúľ.

POVRCH KVAPALNÝ

Priemerná hodnota výslednice molekulárnych príťažlivých síl pôsobiacich na molekulu umiestnenú vo vnútri kvapaliny (obr. 2) je blízka nule. Náhodné výkyvy tejto výslednice nútia molekulu vykonávať iba chaotický pohyb vo vnútri kvapaliny. Situácia je trochu odlišná s molekulami umiestnenými v povrchovej vrstve kvapaliny.

Opíšme sféry molekulárneho pôsobenia okolo molekúl s polomerom R (rádovo 10 -8 m). Potom pre hornú molekulu v dolnej pologuli bude veľa molekúl a v hornej pologuli - oveľa menej, pretože spodná časť je kvapalina a horná je para a vzduch. Preto pre hornú molekulu je výslednica molekulárnych príťažlivých síl v dolnej hemisfére oveľa väčšia ako výslednica molekulárnych síl v hornej hemisfére.

Do kvapaliny sú teda vtiahnuté všetky molekuly kvapaliny nachádzajúce sa v povrchovej vrstve s hrúbkou rovnajúcou sa polomeru molekulárneho pôsobenia. Ale priestor vo vnútri kvapaliny je obsadený inými molekulami, takže povrchová vrstva vytvára tlak na kvapalinu, ktorý sa nazýva molekulárny tlak.

Sily pôsobiace v horizontálnej rovine sťahujú povrch kvapaliny k sebe. Volajú sa sily povrchového napätia

Povrchové napätie- fyzikálna veličina rovná pomeru sily povrchového napätia F pôsobiacej na hranicu povrchovej vrstvy kvapaliny a smerujúcej tangenciálne k povrchu, k dĺžke l tejto hranice:

Jednotkou povrchového napätia je newton na meter (N/m).

Povrchové napätie je rôzne pre rôzne kvapaliny a závisí od teploty.

Povrchové napätie zvyčajne klesá so zvyšujúcou sa teplotou a pri kritickej teplote, keď je hustota kvapaliny a pary rovnaká, je povrchové napätie kvapaliny nulové.

Látky, ktoré znižujú povrchové napätie, sa nazývajú povrchovo aktívne (alkohol, mydlo, prací prášok)

Na zväčšenie povrchu kvapaliny je potrebné pracovať proti povrchovému napätiu.

Existuje ďalšia definícia koeficientu povrchového napätia - energie. Vychádza zo skutočnosti, že ak sa povrch kvapaliny zväčší, určitý počet molekúl z jej objemu stúpa na povrchovú vrstvu. Do tohto konca vonkajšie sily pôsobia proti molekulárnym kohéznym silám molekúl. Hodnota tejto práce bude úmerná zmene plochy povrchu kvapaliny:

Koeficient úmernosti σ sa nazýva povrchové napätie kvapaliny.

Odvoďme jednotku povrchového napätia a v SI: o \u003d 1 J / 1 m2 \u003d 1 J / m2.