Повърхностно напрежение - studopediya

Най-интересното функцията е наличието на течен свободна повърхност. Течности, както и твърди вещества, притежават голямо количество солна-еластичност, т.е. Те се противопоставят промяна в техния обем, но, като газове, не е нужно еластичността на форма. Течност, за разлика от газ не запълва целия обем на съда, в която тя се излива. На повърхността на течността в контакт с друг носител, например със собствен пара, с всяка друга течност или твърдо вещество (по-специално по стените на съда, в който се съдържа), са в специалните условия в сравнение с останалата част от течната маса.

Има тези специални условия, тъй като молекулите на граничния слой на течност, за разлика от молекулите в дълбочина, заобиколен от молекули на същия течността не е от всички страни. Част "съседи" повърхностни молекули - частици от тази втора среда, която граничи с течността. Тя, тази среда може да бъде различен от течността като естеството и плътността на частиците. С различните съседи, слоевете молекулите на повърхността и да си взаимодействат с тях по различни начини. Следователно, сили, действащи върху всяка молекула в този слой са небалансирани: има някои получената сила насочена или към обема на течност, или страна обем граничещи с нея среда. Следователно движение на молекули от повърхностния слой във вътрешността на течността или в средата, от която граничи, придружен от извършване на работа (в течните молекули от всички страни, заобиколени от точно същите частиците са в равновесие, и тяхното движение се стреми разходи на труд). Големината и знака на тази операция зависи от съотношението между силите на взаимодействие между молекули на повърхностния слой с "техните" и молекулите с молекули на втората среда.

Ако течността граничи със собствен пара (наситен), т.е. когато се занимават с един въпрос, силата опит от молекулите на повърхностния слой, се отнася в течността. Това е така, защото плътността на молекулите в течността е много по-голяма от наситена пара над течността (от критичната температура), а оттам и на притегателната сила опит от молекула на повърхностния слой от течни молекули, повече, отколкото от молекули пара.

В течни молекули привличане сили от околните молекули, намиращи се на разстояние от него на 10 -9 m (молекулен радиус на действие). Тези сили имат значителна стойност, но падат бързо с разстоянието, така че от разстояние те могат да бъдат пренебрегвани. На M1 молекула. разположена в течността (фиг. 2), сили действат върху част от една и съща молекула, и резултатната на тези сили близо до нула.

За М2 молекули получените сили са ненулеви и навътре насочени течност перпендикулярно на нейната повърхност. По този начин, всички течни молекули в повърхностния слой, са изготвени в течността. Но пространството вътре в течността използва други молекули следователно създава повърхностен слой на налягането на течността (молекулното налягане). Молекулно налягане е достатъчно големи - около десет хиляди атмосфери. Това обяснява почти ниска свиваемост на течности: стойността на външно налягане дори няколко стотин атмосфери е само малка допълнение към вътрешното налягане.

За да преместите молекула М3. разположен директно под повърхностния слой на повърхността, е необходимо за извършване на работа срещу силите на молекулното налягане. Следователно, молекулите на повърхността течност слой имат по-голям потенциал енергия от молекулите в течността. Тази енергия се нарича повърхностна енергия.

Тъй като всяка система оставена сама, има за цел да заеме позиция, в която потенциалната му енергия е най-ниската, течността намира желанието за намаляване на свободната повърхност. повърхностния слой на течност се държи като разтегнато каучук филм, т.е. Общо работи, за да се намали площта си до минимум, е възможно за даден обем. Например, течната капчица в безтегловност състояние е сферична.

Имуществото на повърхността на течността до договор може да се тълкува като съществуването на сили, които искат да се намали тази повърхност. Молекула M1 (фиг. 3), разположени на повърхността на течността, взаимодейства не само с молекулите в течността, но също така и с молекули на повърхността на течността, разположен в областта на молекулярната действие. За молекула М1 получените молекулни сили, насочени по свободната повърхност на течността е равна на нула, и М2 молекула. намира в граничната повърхност на течността, и се отнася по нормалата към границите на свободната повърхност и допирателна към повърхността на течността.

Полученият на силите, действащи върху всички молекули в свободната повърхност на границата, и има сила на повърхностното напрежение. Като цяло, той работи така, че има тенденция за намаляване на повърхността на течността.

По този начин, повърхностния слой на течността е както се разтяга гъвкав филм, покриващ цялата течност и тенденция да се събере в една "капка". Такъв модел (еластично опъната филм) позволява да се определи посоката на силите на повърхностното напрежение. Например, ако филмът е подложен на външни сили се разтяга, напрежение сила повърхност ще бъде насочена по повърхността на течността срещу разтягане. Въпреки това, това състояние е значително различен от напрежението на еластичен каучук филма. Еластичната фолиото се опъва чрез увеличаване на разстоянието между частиците, където опъващите увеличава сила на опън течен филм не се променя разстоянието между частиците и повишаване на повърхността се постига чрез прехвърляне на молекули от колоната течност към повърхностния слой. Следователно, когато повърхността на течността се увеличава повърхностното напрежение не се променя (не зависи от повърхността).

Умствени изолира част от повърхността на течност, ограничена от затворен контур. Тенденцията на този сайт до намаляване води до факта, че тя действа върху области, граничещи със силите за разпределени равномерно по цялата верига. Тези сили се наричат ​​сили на повърхностното напрежение. Повърхностно напрежение сила насочено тангенциално към повърхността на течността, перпендикулярна част верига, за която действа (фиг. 4).

Това означава, че при преместване от повърхностния слой в течна молекула извършва работа. Обратно, прехвърляне на молекули на течния обем на повърхността, последвана от отрицателна работа, т.е.. Е. външно работа изисква разходи.

Въпреки това, независимо от вътрешни сили между частиците, поради което възникват и повърхностното напрежение сили, действащи върху флуида обикновено също външни сили. Това е, на първо място, тежестта и, от друга страна, силата взаимодействие на течни частици с твърди частици, стените на съда, в който се съдържа. Следователно, действителната форма на който получава течност се определя от тези три сили.

Нека първо внимание на ролята на гравитацията. Това е силата на властта действа от целия обем на течности. Тъй като промяна в масата на течността варира обема си по-бързо от нейната повърхност, достатъчно голямо тегло на ролята на повърхностни сили са много малки в сравнение с обемни сили; повърхностната енергия в този случай е почти без значение и течна форма се определя главно от потенциалната енергия поради гравитацията. Gravity течност има тенденция да се разлее и да приеме формата на тънък слой - това съответства на минимума на потенциалната енергия в гравитационното поле.

Но ако един или друг начин да се елиминира или значително да намали ефекта на гравитацията, определянето ще има сили на повърхностно напрежение, дори и ако те са малки. В такива случаи, течността поема сферична форма.

по този начин повърхностното напрежение е двойно физическия смисъл - енергия (термодинамичен) и сила (механични). Мощност (термодинамичен) определяне: повърхностното напрежение - е специфичен работната повърхност чрез увеличаване на опън състояние на постоянна температура. Силата (механични) определяне: повърхностното напрежение - е силата на единица дължина на линията, която определя повърхността на течността.

Повърхностно напрежение сила насочени тангенциално към повърхността на течността, перпендикулярна на секцията на контура, в който действа и е пропорционален на дължината на тази част.

Излишно poverhnostnogonatyazheniya феномен може да бъде кратко определя като течност желание да намали свободното им повърхност.

Проявите на повърхностното напрежение:

· Безтегловност капчиците се сферична форма (сфера има най-ниската повърхност между всички органи на същия обем).

· Водна струя "слепват" в цилиндър.

· Малки обекти с плътност по-голяма от плътността на течността, са в състояние да "плаващо" на повърхността на течността поради гравитацията сила по-малка от силата, която предотвратява увеличаване на течност пространство.

· Някои насекоми (например, вода Strider) са в състояние да се движи през водата, задържане на повърхността поради повърхностното напрежение сили.

· На повърхности по-нататък не се омокря, вода (или друга течност) се събират в капчицата.