Повърхностно напрежение 1

Да започнем с това нека си припомним всичко, което знаем за повърхностното напрежение. Това явление се наблюдава на повърхността на течността, и поради факта, че молекулите на повърхността взаимодействат слабо с течен пара, докато молекула в обхвата на опит равна на силата на привличане на част от всичките си съседи. По този начин, тези сили се неутрализират взаимно, и получената равно на нула. Същото молекула, разположена върху повърхността се подлага на минимална привличане от молекулите на пара и повече - от по-долу от обема на течността. В резултат на получения не е нула и е насочен надолу.

Излишният повърхностна енергия наречен потенциална енергия, притежавана от молекулата в повърхностния слой в сравнение с тяхната потенциална енергия в останалия обем от течност.

За да се намали неговата потенциална енергия (всяка система има тенденция да минималната потенциалната енергия), течността има тенденция да се намали броят на молекули на повърхността - това е, да се намали тяхната повърхност, доколкото е възможно, да се свие.

Повърхностното напрежение е числено равно на силата, действаща на единица дължина на периметъра и напоен насочена перпендикулярно на периметъра (N / m).

Също така, повърхностното напрежение може да се определи чрез работата, която трябва да се извърши, за да се увеличи повърхността на течността (N / m).

Тази работа е да се увеличи повърхността течност и повърхностното напрежение на течност е числено равно на потенциалната енергия на повърхността на течност за единица филма (N / m).

Омокрящите феномен, наречен кривината на свободната повърхност на течността от твърдата повърхност благодарение на взаимодействието на молекулите. По някакъв начин да се определи количествено омокрянето, контактният ъгъл е въведен. Това е ъгълът, образуван от допирателните към повърхността на твърдото вещество и течността в точката на контакт. По този начин течността трябва да бъде в рамките на ъгъл. Ако ъгъл ръб остър - течността се нарича твърд омокрящи, и ако тъп - не-омокрянето. Ако ъгълът на контакт е нула, идеален ъгъл на мокрене равен, съответства перфектно без намокряне.

Разликата между ъглите свързани с междумолекулна взаимодействието на течни молекули и твърдо тяло, ако силата на привличане между молекулите на течността и твърдото тяло е по-голяма от тази между течни молекули един към друг, течността ще намокряне. Ако молекулите на течност са привлечени един от друг е по-силна от течни молекули са привлечени от молекулите на твърдото тяло - това не е омокрящи течност.

Поради омокрянето и не-омокрящи течност повърхност е извит край стените на кръвоносните съдове, които къщи течност. Ако самият контейнер е малък (стена близо един до друг), цялата извитата повърхност на течността, за приемане на изпъкнала (не омокрящи) или вдлъбнат (омокрящи) форма.

Омокрящи и овлажняващи течности

Такива повърхности са наречени менискусен и тесни тръбички - капиляри. Това извита повърхност води до промяна в налягането, налягането е по-голямо от вдлъбнатата страна на менискуса на (тази, в която центъра на кривината). Това обяснява повишаването на омокрящи течна колона в колона капилярна и намаляване на не-омокрящи течността:

Големината на този свръхналягане може да се определя от уравнението на Лаплас:

, и където - радиусите на две взаимно перпендикулярни дъги провеждат в дадена точка на повърхността.

За сферична капчиците и

За капиляри, където R - радиус на капиляра, - радиусът на кривината на менискуса.

За някои задачи могат да бъдат полезни Young формула, която определя съотношението на напрежение коефициенти повърхността за междуфазовите повърхности (LG - втечнен газ, TL - твърдо вещество-течност, TG - твърдо газ).

Опитайте се да решим няколко проблема?

1. Една коляното U - образна тръба с радиус r1 = 0,5 mm, а друг - r2 = 1 мм. Намерете разликата между нивото на водата в коляното. повърхностно напрежение вода σ = 0073 N / m. Пълна намокряне.

повърхностното напрежение сила трябва да балансира теглото на течната колона в капиляра. След това теглото на течността и повърхностното напрежение е продукт на периметъра на контактната линия (в нашия случай - окръжност) на повърхностното напрежение :. Не е косинус на ъгъла на контакт, като ъгълът на омокряне и Общият е нула, и косинус на нула - 1. Получават:

, Отправяме височината на колоната :. Изчислена чрез тази височина формула колона в капиляра с радиус 0.5 mm - 0, 0292 m, или 29.2 mm и 1 mm в височината на капилярна колона 0,0146 м, или 14.6 mm. Разликата между първия и втория височина е 14,6 мм.

2. тръба с вътрешен диаметър D = 1 mm живак пропуснат в дълбочина з = 5 mm. Намери θ на контактен ъгъл. Плътността и повърхностното напрежение на живак са: ρrt = 13.6 гр / см 3 и σrt = 0.47 N / m.

Ние използваме формулата на предходната проблема, единственото нещо, което тя ще се промени - добави косинус на ъгъла на контакт, тъй като намокряне не е завършен. Меркурий Тегло и напрежение сила повърхност е равна на произведението от периметъра на контактната линия (кръг) от повърхностното напрежение :. Следователно:

, и косинус на ъгъла на контакт, не забравяйте, че във формулата на радиуса, а ние се дават диаметър.

.

3. Осем живак сферични капчици с диаметър D = 1 mm всеки сливат в една капка. Как да се открояват в тази жега?

Ние считаме, обемът на една малка капка: куба. m

Ние считаме, площта на повърхността на малки капчици: р. m

Осем капки с площ от квадратни метра. m

Сега ние се определи обхватът на голям спад, е осем пъти: куба. m

Радиусът на големия спад:

Тогава радиусът на големите капки: м

И неговата повърхност: р. м.

По този начин, областта променен на р. м.

За да промените площта на течност (кликнете за уголемяване), е необходимо да се произведе работа. Когато площта е намалена, енергията се освобождава: J.

4. Виж радиуса на дъното на менискуса в тръба с диаметър г вътрешния = 0,59 mm, ако височина Н на колоната на вода в него е: а) 2.5 cm; б) 5 см; в) 10 см. Омокрящите завършена.

Помислете за рисуване. Горна менискус винаги ще бъде вдлъбнат, налягане, както знаем, в този случай, е насочена нагоре. След пълно омокряне, косинус на контактен ъгъл е равен на 1, а ъгълът - нула:

Налягането на течната колона е насочен надолу и е равна на :.

В първия случай :.

Във втория случай :.

В третия случай :.

Така, в първия случай, когато p_21 "заглавие =" p_1> p_21 ">, общото налягане е насочен надолу и налягането на долните менискуса компенсират това, трябва да бъде насочена нагоре, т.е. тя е вдлъбната. Във втория случай двете налягания са приблизително равни на:, така че дъното ще бъде равна менискус. В третия случай, и общото налягане е насочен надолу, докато менискуса компенсиране тази разлика, е изпъкнала.

Намираме разликата на налягането в първия и третия случаите (в последната той е близо до нула):

.

.

Ние сега се определят като радиусите на менискусен :,

В първия случай, радиусът на 5.9 mm или вдлъбната.

В третия случай, радиусът на 2.9 mm или изпъкнала.