ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГhttps://youtu.be/SDRnJTQKPYI?list=LL
Поверхне́вий на́тяг — фізичне явище, суть якого полягає в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі.
Молекула всередині рідини оточена іншими молекулами з усіх боків (рис 1 а). Молекула, як знаходиться на границі, наприклад, з газом (рис 1 б) оточена своїми сусідками лише з однієї сторони. Сили електричного притягання, які діють на молекулу біля поверхні, зі сторони сусідок в рідині значно більші ніж зі сторони її сусідок у газі. Це обумовлене тим, що щільність розташування молекул у рідині в сотні і тисячі раз більша ніж у газі. В зв’язку з цим на молекулу, яка розташована біля поверхні рідини дія сил на скомпенсована. Рівнодійна цих сил напрямлена в середину рідини.
(рис 1 а)
(рис 1 б)Отже, для того щоб перемістити молекулу з внутрішніх шарів рідини до її поверхні потрібно виконати роботу проти вказаної рівнодійної сили. Тому, кожна молекула, яка знаходиться біля поверхні рідини, володіє деяким надлишком потенціальної енергії в порівнянні з молекулами, які знаходяться всередині рідини. Чим більша поверхня рідини тим більша кількість молекул володіє цією «надлишковою» потенціальною енергією. Відповідно при збільшенні площі поверхні деякої маси рідини (наприклад, при розділенні її на краплини) площа поверхні рідини, а отже, і її внутрішня енергія збільшується. В цьому випадку внутрішня енергія тіла пропорційна розмірам поверхні, і тому її називають поверхневою енергією.У різних речовин поверхнева енергія різна. Для того щоб порівняти поверхневі властивості різних речовин ввели фізичну величину, яка характеризує поверхневу енергію, що припадає на одиницю площі вільної поверхні рідини. Цю фізичну величину назвали коефіцієнтом поверхневого натягу. Отже,Коефіцієнт поверхневого натягу – це фізична величина, що чисельно дорівнює поверхневій енергії рідини, що припадає на одиницю площі її вільної поверхні.
Визначимо від чого залежить коефіцієнт поверхневого натягу рідин:
Ø від температури, при збільшенні температури коефіцієнт поверхневого натягу рідини зменшується.
Ø від наявності домішок у рідині. Наприклад, якщо вилити у воду мильний розчин, поверхневий натяг рідини збільшиться. Це відбувається тому що домішки створюють на поверхні рідини додатковий поверхневий шар, змінюючи поверхневу енергію рідини. Той факт, що на поверхні води утворюється, наприклад, мильна плівка, а відповідно молекули води переміщуються вглиб, означає, що сили, які втягують молекули води вглиб рідини, більші за сили, які втягують вглиб рідини молекули мильної плівки. Звідси слідує, що робота по витягуванню на поверхню молекул води більша, тобто поверхневий натяг чистої води більше ніж мильного розчину.
ПАР розшифровується як"поверхнево-активні речовини".
Всі миючі засоби містять ці речовини, так як вони підвищують змочувальні властивості води за рахунок зменшення сили поверхневого натягу.
Ці речовини називаються поверхнево-активними, оскільки діють на поверхні рідини.
"Роздроблюючи" таким чином поверхню води, ці молекули значно зменшуюють ефект поверхневого натягу, допомагаючи воді проникати в тканину.
Ø Не залежить від площі поверхні рідини. Тобто коефіцієнт поверхневого натягу не залежить від того, яку площу займає поверхня рідини: якщо ми наллємо деякий об’єм води у пляшку з вузьким горлечком, а потім переллємо її у широке блюдце, то коефіцієнт поверхневого натягу рідини від цього ніяк не зміниться.
Важливість поверхневого натягу
Вище ми вже показали, що поверхневе натяг зустрічається у повсякденному житті досить часто. Але насправді воно трапляється ще частіше!
У деяких галузях промисловості поверхневе натяг використовують як простий показник забруднення продуктів. Оскільки воно визначається на молекулярному рівні, будь-яка зміна компонентів речовини може призвести до зміни цього показника. Тобто якщо ми знаємо, яким має бути поверхневе натягнення абсолютно чистої речовини, то за відхиленням від цієї норми ми можемо встановити рівень його забруднення.
Не лише людина, а й представники живої природи використовують фізичні явища у своїх цілях. Наприклад, за рахунок поверхневого натягу комахи водомірки можуть переміщатися по водній гладі, не промочивши лапки. Кінцівки водомірки відштовхують воду і захоплюють повітря, що дозволяє комахам продавлювати поверхню води, не порушуючи її.
За рахунок поверхневого натягу виникає таке цікаве явище, як ламінарна течія. Це впорядкований режим перебігу в’язкої рідини чи газу, у якому сусідні шари рідини не перемішуються. Виглядає ламінарний струмінь так, ніби вода застигла.
І це ще не все: поверхневе натяг дозволяє предметам плавати, завдяки йому виживають та розвиваються екосистеми, і навіть склад води стабільний лише за рахунок цього явища. Без нього вода постійно була б на межі двох агрегатних станів: випаровувалась і знову конденсувалася, оскільки молекули легко вискакували б з її поверхні.
Немає коментарів:
Дописати коментар