A gáz-folyadék-szilárd rendszerben az egyik hatás a felületi feszültség jelensége. Valójában a lényeg felületi feszültség jelenségei két fázis (például folyadék/gőz vagy folyékony/szilárd) határfelületén fellépő többleterő jelenlétében. Nevezzük ezeket felesleges erőknek felületi feszültségi erők. Ezeknek az erőknek köszönhetően szappanbuborék vagy szappanfilm jön létre, vízi lépegetők suhannak át a vízen, kapilláris jelenségek léteznek, a súlytalanságban lévő folyadék pedig labda alakját veszi fel.

Próbáljuk meg kideríteni ezen erők megjelenésének okait. Tekintsünk egy rendszert, amelyben a folyadék egy edényben nyugalomban van (1. ábra).

Rizs. 1. Felületi feszültség

Tekintsünk egy molekulát egy folyadékban (fehér golyó). Az általunk választott molekulát minden oldalról vonzzák a folyadék más molekulái (1.1. ábra). A folyadék egyenletes eloszlása ​​miatt (a molekulák sűrűsége azonos), az általunk választott molekula minden irányba egyformán „húzódik”, azaz. a testre ható összes erő összege numerikusan egyenlő nullával.

Helyezzük a molekulát a határfelületre (1.2. ábra). Ott ugyanígy lehúzzák, de mivel sokkal kevesebb a gázmolekula, kevesebb a felfelé húzó erő is. Ekkor az általunk választott molekulára ható összerő nem nulla, és a folyadékba irányul. Ez a teljes erő a felületi feszültség ereje.

A felületi feszültség értéke manuálisan meghatározható egy kis kísérlet segítségével. Vegyünk egy kis keretet, amelynek egyik mozgatható oldala van, és tegyük szappanos vízbe. A kapott filmet addig nyújtjuk, amíg el nem törik. Mert a szakadás nem következik be azonnal, ami azt jelenti, hogy a fólia részére olyan erő hat, amely megakadályozza a fólia elszakadását. Az erő, amelyre a film elszakad, Newton harmadik törvénye szerint számszerűen egyenlő a filmben fellépő maximális felületi feszültség erővel (2. ábra).

Ebben a leckében a folyadékokról és azok tulajdonságairól lesz szó. A modern fizika szempontjából a folyadékok jelentik a kutatás legösszetettebb tárgyát, mivel a gázokhoz képest már nem lehet elhanyagolható kölcsönhatási energiáról beszélni a molekulák között, és a szilárd anyagokkal összehasonlítva nem lehet beszélni folyadékmolekulák rendezett elrendezése (folyadékban nincs nagy hatótávolságú rend) . Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a folyadékoknak számos érdekes tulajdonsága és megnyilvánulása van. Ebben a leckében egy ilyen tulajdonságról lesz szó.

Először beszéljük meg azokat a különleges tulajdonságokat, amelyekkel a folyadék felszíni rétegében lévő molekulák rendelkeznek a térfogatban elhelyezkedő molekulákkal.

Rizs. 1. Különbség a felszíni réteg molekulái és a folyadék nagy részében található molekulák között

Tekintsünk két A és B molekulát. Az A molekula a folyadék belsejében, a B molekula a felületén található (1. ábra). Az A molekulát egyenletesen veszik körül a folyadék más molekulái, ezért az intermolekuláris kölcsönhatás szférájába kerülő molekulákból az A molekulára ható erők kompenzálódnak, vagy eredőjük nulla.

Mi történik a B molekulával, amely a folyadék felszínén található? Emlékezzünk vissza, hogy a folyadék felett elhelyezkedő gázmolekulák koncentrációja lényegesen kisebb, mint a folyadékmolekulák koncentrációja. A B molekulát az egyik oldalon folyékony molekulák, a másik oldalon pedig rendkívül ritka gázmolekulák veszik körül. Mivel a folyadék oldaláról sokkal több molekula hat rá, az összes intermolekuláris erő eredője a folyadékba irányul.

Ahhoz tehát, hogy egy molekula a folyadék mélyéről a felszíni rétegbe kerüljön, a kiegyenlítetlen intermolekuláris erők ellen kell dolgozni.

Emlékezzünk vissza, hogy a munka a potenciális energia mínusz előjellel vett változása.

Ez azt jelenti, hogy a felületi réteg molekulái a folyadék belsejében lévő molekulákhoz képest többlet potenciális energiával rendelkeznek.

Ez a többletenergia a folyadék belső energiájának összetevője, és ún felületi energia. Jelölése: , és mint minden más energiát, joule-ban mérik.

Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a folyadék felülete, annál több molekulának van többlet potenciális energiája, és így annál nagyobb a felületi energia. Ez a tény a következő összefüggés formájában írható le:

,

ahol a felület, és az arányossági együttható, amelyet nevezünk felületi feszültségi együttható, ez az együttható ezt vagy azt a folyadékot jellemzi. Írjuk le ennek a mennyiségnek a szigorú meghatározását.

A folyadék felületi feszültsége (a folyadék felületi feszültségének együtthatója) egy adott folyadékot jellemző fizikai mennyiség, amely egyenlő a felületi energia és a folyadék felületének arányával.

A felületi feszültség együtthatóját newtonban mérik, osztva méterrel.

Beszéljük meg, mitől függ egy folyadék felületi feszültségének együtthatója. Először is ne feledjük, hogy a felületi feszültség együttható a molekulák fajlagos kölcsönhatási energiáját jellemzi, ami azt jelenti, hogy az ezt az energiát megváltoztató tényezők a folyadék felületi feszültség együtthatóját is megváltoztatják.

Tehát a felületi feszültség együtthatója a következőktől függ:

1. A folyadék jellege (az "illékony" folyadékok, mint például az éter, az alkohol és a benzin, kisebb felületi feszültséggel rendelkeznek, mint a "nem illékony" folyadékok - víz, higany és folyékony fémek).

2. Hőmérsékletek (minél magasabb a hőmérséklet, annál kisebb a felületi feszültség).

3. A felületi feszültséget csökkentő felületaktív anyagok (felületaktív anyagok), például szappan vagy mosópor jelenléte.

4. A gáz határos folyadék tulajdonságai.

Megjegyzendő, hogy a felületi feszültség együtthatója nem függ a felülettől, mivel egy egyedi felszínközeli molekula esetében teljesen mindegy, hogy hány hasonló molekula van körülötte. Ügyeljen a táblázatra, amely a különböző anyagok felületi feszültségi együtthatóit mutatja hőmérsékleten:

1. táblázat Folyadékok felületi feszültségi együtthatói a levegővel való határfelületen, at

Tehát a felületi réteg molekulái többlet potenciális energiával rendelkeznek, mint a folyadék nagy részében lévő molekulák. A mechanika tanfolyamon kimutatták, hogy minden rendszer a minimális potenciális energiára hajlik. Például egy bizonyos magasságból kidobott test hajlamos leesni. Ráadásul sokkal kényelmesebben érzed magad fekve, hiszen ebben az esetben a tested tömegközéppontja a lehető legalacsonyabb. Mihez vezet a potenciális energia csökkentésének vágya folyadék esetén? Mivel a felületi energia a felülettől függ, energetikailag hátrányos, ha bármilyen folyadék nagy felülettel rendelkezik. Más szóval, szabad állapotban a folyadék minimálisra csökkenti a felületét.

Ezt könnyen ellenőrizheti, ha szappanfóliával kísérletezik. Ha egy bizonyos drótvázat szappanos oldatba mártunk, akkor rajta szappanfilm képződik, és a fólia olyan formát ölt, hogy a felülete minimális legyen (2. ábra).

Rizs. 2. Szappanoldatból készült figurák

Egy egyszerű kísérlettel ellenőrizheti a felületi feszültségi erők meglétét. Ha egy szálat két helyen kötünk egy huzalgyűrűhöz úgy, hogy a szál hossza valamivel nagyobb legyen, mint a menet rögzítési pontjait összekötő húr hossza, és mártsuk a huzalgyűrűt szappanos oldatba (ábra). 3a), a szappanfólia befedi a gyűrű teljes felületét, és a szál a szappanfólián fekszik. Ha most elszakítja a filmet a szál egyik oldalán, a szál másik oldalán maradó szappanfólia összehúzódik és megfeszíti a szálat (3b. ábra).

Rizs. 3. Kísérlet a felületi feszültségi erők kimutatására

Miért történt ez? A helyzet az, hogy a tetején maradó szappanoldat, vagyis a folyadék hajlamos csökkenteni a felületét. Így a szál felfelé húzódik.

Tehát meg vagyunk győződve a felületi feszültség létezéséről. Most tanuljuk meg, hogyan kell kiszámítani. Ehhez hajtsunk végre egy gondolatkísérletet. A szappanos oldatba engedjünk le egy drótvázat, melynek egyik oldala mozgatható (4. ábra). A szappanfóliát úgy nyújtjuk, hogy erőt fejtünk ki a keret mozgó oldalára. Így három erő hat a keresztrúdra - egy külső erő és két felületi feszültség, amely a film minden felülete mentén hat. Newton második törvényét felhasználva felírhatjuk azt

Rizs. 4. A felületi feszültség erő számítása

Ha egy külső erő hatására a keresztrúd egy távolságra elmozdul, akkor ez a külső erő működik

Természetesen ennek a munkának köszönhetően a film felülete megnő, ami azt jelenti, hogy a felületi energia is nő, amit a felületi feszültség együtthatóján keresztül tudunk meghatározni:

A területváltozás pedig a következőképpen határozható meg:

ahol a drótváz mozgatható részének hossza. Ezt figyelembe véve azt írhatjuk, hogy a külső erő által végzett munka egyenlő

A (*) és (**) jobb oldalát egyenlítve megkapjuk a felületi feszültségi erő kifejezését:

Így a felületi feszültség együtthatója számszerűen egyenlő a felületi feszültségi erővel, amely a felületet határoló vonal egységnyi hosszára hat.

Tehát ismét meggyőződtünk arról, hogy a folyadék hajlamos olyan alakot felvenni, hogy a felülete minimális. Megmutatható, hogy adott térfogathoz egy gömb felülete minimális lesz. Így ha más erő nem hat a folyadékra, vagy hatásuk kicsi, akkor a folyadék hajlamos gömb alakúra felvenni. Így fog viselkedni például a víz nulla gravitáció (5. ábra) vagy szappanbuborékok esetén (6. ábra).

Rizs. 5. Víz nulla gravitációban

Rizs. 6. Szappanbuborékok

A felületi feszültségek jelenléte arra is magyarázatot adhat, hogy miért „fekszik” egy fémtű a víz felszínén (7. ábra). A felületre óvatosan elhelyezett tű deformálja azt, ezáltal megnöveli ennek a felületnek a területét. Így felületi feszültség keletkezik, amely csökkenti az ilyen területváltozást. A felületi feszültség eredő erői felfelé irányulnak, és ez kompenzálja a gravitációs erőt.

Rizs. 7. Tű a víz felszínén

A pipetta működési elve ugyanígy magyarázható. A gravitáció által érintett cseppet lefelé húzza, ezáltal megnöveli a felületét. Természetesen felületi feszültségek keletkeznek, amelyek eredője a gravitáció irányával ellentétes, és megakadályozza a csepp megnyúlását (8. ábra). Ha lenyomja a pipetta gumisapkáját, további nyomás keletkezik, ami segíti a gravitációt, és ennek következtében a csepp leesik.

Rizs. 8. Hogyan működik a pipetta

Mondjunk még egy példát a mindennapi életből. Ha egy ecsetet egy pohár vízbe márt, a szőrszálak felbolyhosodnak. Ha most kiveszed ezt a kefét a vízből, észre fogod venni, hogy az összes szőrszál egymáshoz tapad. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a keféhez tapadó víz felülete ekkor minimális lesz.

És még egy példa. Ha száraz homokból szeretne várat építeni, nem valószínű, hogy sikerül, mivel a homok a gravitáció hatására összeomlik. Azonban, ha nedves homokot, akkor megtartja alakját a víz felületi feszültsége miatt a homokszemek között.

Végül megjegyezzük, hogy a felületi feszültség elmélete segít szép és egyszerű analógiákat találni bonyolultabb fizikai problémák megoldására. Például, amikor egy könnyű és egyben erős szerkezetet kell építeni, a szappanbuborékokban történő események fizikája segít. És meg lehetett alkotni az atommag első megfelelő modelljét úgy, hogy ezt az atommagot egy csepp töltött folyadékhoz hasonlították.

Bibliográfia

1. G. Ya Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "Fizika 10". - M.: Oktatás, 2008.
2. Ya. E. Geguzin „Buborékok”, Quantum Library. - M.: Nauka, 1985.
3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky „A fizika alapjai” 1. kötet.
4. G. S. Landsberg „A fizika elemi tankönyve” 1. köt.

1. Nkj.ru ().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

Házi feladat

1. Az óra feladatainak megoldása után felkészülhet az államvizsga 7, 8, 9 kérdéseire és az egységes államvizsga A8, A9, A10 kérdéseire.
2. Gelfgat I.M., Nenasev I.Yu. "Fizika. Feladatgyűjtemény 10. évfolyamhoz" 5,34, 5,43, 5,44, 5,47 ()
3. Az 5.47. feladat alapján határozza meg a víz és a szappanoldat felületi feszültségének együtthatóját!

Kérdések és válaszok listája

Kérdés: Miért változik a felületi feszültség a hőmérséklettel?

Válasz: A hőmérséklet emelkedésével a folyadék molekulái gyorsabban kezdenek mozogni, és ezért a molekulák könnyebben legyőzik a potenciális vonzási erőket. Ez a felületi feszültségi erők csökkenéséhez vezet, amelyek olyan potenciális erők, amelyek megkötik a folyadék felületi rétegének molekuláit.

Kérdés: Függ-e a felületi feszültség együtthatója a folyadék sűrűségétől?

Válasz: Igen, igen, mivel a folyadék felszíni rétegében lévő molekulák energiája a folyadék sűrűségétől függ.

Kérdés: Milyen módszerek léteznek a folyadék felületi feszültség együtthatójának meghatározására?

Válasz: Az iskolai kurzusban két módszert tanulmányoznak a folyadék felületi feszültségi együtthatójának meghatározására. Az első a huzaltépési módszer, melynek elvét a házi feladat 5.44. feladatában ismertetjük, a második az 5.47. feladatban leírt cseppszámláló módszert.

Kérdés: Miért esnek össze egy idő után a szappanbuborékok?

Válasz: A helyzet az, hogy egy idő után a gravitáció hatására a buborék alul vastagabb lesz, mint felül, majd párolgás hatására egy ponton összeesik. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az egész buborék, mint egy léggömb, összeomlik a kiegyenlítetlen felületi feszültségi erők hatására.

Az ivóvíz felületi feszültsége

Az ivóvíz fontos paramétere a felületi feszültség. Meghatározza a vízmolekulák közötti tapadás mértékét és a folyadék felületének alakját, valamint meghatározza a víz test általi felszívódásának mértékét.

A folyadék párolgási szintje attól függ, hogy molekulái milyen erősen kapcsolódnak egymáshoz. Minél jobban vonzzák egymást a molekulák, annál kevésbé illékony a folyadék. Minél kisebb egy folyadék felületi feszültsége, annál illékonyabb. Az alkoholok és az oldószerek a legkisebb felületi feszültséggel rendelkeznek. Ez viszont meghatározza tevékenységüket - más anyagokkal való kölcsönhatás képességét.

Vizuálisan a felületi feszültség a következőképpen ábrázolható: ha lassan színültig önti a teát egy csészébe, akkor egy ideig nem fog túlcsordulni, és az áteresztő fényben látható, hogy vékony filmréteg képződik a folyadék felszíne felett, ami megakadályozza a tea kiömlését. Hozzáadás közben megduzzad, és csak az utolsó cseppnél folyik ki a folyadék.

Minél „folyékonyabb” a víz ivásra, annál kevesebb energiára van szüksége a szervezetnek a molekuláris kötések megszakításához és a sejtek vízzel való telítéséhez.

A felületi feszültség mértékegysége dyn/cm.

A csapvíz felületi feszültsége akár 73 dyn/cm, az intra- és extracelluláris folyadéké pedig körülbelül 43 din/cm, így a sejtnek nagy mennyiségű energiára van szüksége a víz felületi feszültségének leküzdéséhez.

Képletesen szólva, a víz lehet sűrűbb és vékonyabb. Kívánatos, hogy több „folyékony” víz kerüljön a szervezetbe, akkor a sejteknek nem kell energiát pazarolniuk a felületi feszültség leküzdésére. Az alacsony felületi feszültségű víz biológiailag jobban hozzáférhető. Könnyebben lép intermolekuláris kölcsönhatásokba.

Gondolkozott már azon, hogy „Miért mossa le jobban a szennyeződést a forró víz, mint a hideg víz?” Ez azért van így, mert a víz hőmérsékletének növekedésével a felületi feszültsége csökken. Minél kisebb a víz felületi feszültsége, annál jobb az oldószer. A felületi feszültség együtthatója függ a folyadék kémiai összetételétől, a környezettől, amellyel határos, és a hőmérséklettől. A hőmérséklet növekedésével (csökken, a kritikus hőmérsékleten pedig nullává válik. A folyadék molekulái és a szilárd test vele érintkező részecskéi közötti kölcsönhatás erősségétől függően előfordulhat, hogy a szilárd test vagy nem A folyadék felülete a szilárd testtel való határ közelében mindkét esetben ívelt.

A víz felületi feszültsége csökkenthető például biológiailag aktív anyagok hozzáadásával vagy a folyadék melegítésével. Minél közelebb van az elfogyasztott víz felületi feszültsége a 43 dyn/cm-hez, annál kevesebb energiát tud felvenni a szervezete.

Nem tudom hol lehet kapni a megfelelő víz ? El fogom mondani neked!

Jegyzet:

Kattintson a " Tudni"nem vezet semmilyen pénzügyi kiadáshoz vagy kötelezettséghez.

Csak te tájékozódjon a megfelelő víz elérhetőségéről az Ön területén,

és egyedülálló lehetőséget kap, hogy ingyenesen tagja legyen az egészséges emberek klubjának

Fő rész.

Egy anyag folyékony állapotának alapvető tulajdonságainak és mintázatainak megértéséhez a következő szempontokat kell figyelembe venni:

A folyadék szerkezete. Folyékony molekulák mozgása.

A folyadék olyasmi, ami tud folyni.

A folyadékrészecskék elrendeződésében az úgynevezett rövid hatótávolságú rend figyelhető meg. Ez azt jelenti, hogy bármely részecske tekintetében a legközelebbi szomszédok elhelyezkedése rendezett.

Azonban ahogy távolodsz egy adott részecskétől, a többi részecskék hozzá viszonyított elrendeződése egyre kevésbé lesz rendezett, és elég gyorsan teljesen eltűnik a részecskék elrendezésének sorrendje.

A folyékony molekulák sokkal szabadabban mozognak, mint a szilárd molekulák, bár nem olyan szabadon, mint a gázmolekulák.

Minden folyadékmolekula ide-oda mozog egy ideig, anélkül azonban, hogy eltávolodna szomszédaitól. Ám időről időre egy folyékony molekula kiszakad a környezetéből és egy másik helyre költözik, és egy új környezetbe kerül, ahol ismét egy ideig vibrációhoz hasonló mozdulatokat hajt végre. A folyékony állapot elméletének számos problémájának kidolgozásában jelentős eredményeket ért el Ya I. Frenkel szovjet tudós.

Frenkel szerint a folyadékokban a hőmozgás a következő tulajdonságokkal rendelkezik. Mindegyik molekula egy bizonyos egyensúlyi helyzet körül oszcillál egy ideig. Egy molekula időről időre megváltoztatja egyensúlyi helyét, hirtelen új pozícióba lép, amelyet maguknak a molekuláknak a nagyságrendjének megfelelő távolság választ el az előzőtől. Vagyis a molekulák csak lassan mozognak a folyadék belsejében, bizonyos helyek közelében tartózkodva. Így a folyékony molekulák mozgása olyasmi, mint a szilárd és a gáz mozgásának keveréke: az egy helyen végzett oszcilláló mozgást felváltják. szabad átmenet egyik helyről a másikra.

Folyadéknyomás

A mindennapi tapasztalatok azt tanítják, hogy a folyadékok ismert erőkkel hatnak a velük érintkező szilárd testek felületére. Ezeket az erőket folyadéknyomás erőknek nevezzük.

Amikor az ujjunkkal letakarjuk a nyitott vízcsap nyílását, érezzük az ujjunkon a folyadék nyomását. A nagy mélységbe merült úszó fülfájdalmát a dobhártyára ható víznyomás okozza. A mélytengeri hőmérséklet mérésére szolgáló hőmérőknek nagyon tartósnak kell lenniük, hogy a víznyomás ne törje össze őket.

A folyadékban a nyomást a térfogatának változása okozza - kompresszió. A folyadékok rugalmasak a térfogatváltozásokhoz képest. A folyadékban lévő rugalmas erők nyomáserők. Így ha egy folyadék nyomási erővel hat a vele érintkező testekre, ez azt jelenti, hogy összenyomódik. Mivel az anyag sűrűsége növekszik az összenyomás során, elmondhatjuk, hogy a folyadékok rugalmasak a sűrűség változásaihoz képest.

A folyadékban lévő nyomás merőleges a folyadékba helyezett bármely felületre. A h mélységben a folyadék nyomása megegyezik a felszínre ható nyomás és a mélységgel arányos érték összegével:

Tekintettel arra, hogy a folyadékok a sűrűségüknél szinte nem kisebb statikus nyomást képesek átadni, szilárdsági előnyt biztosító eszközökben használhatók: hidraulikus présben.

Arkhimédész törvénye

A folyadékba merített szilárd test felületére nyomáserők hatnak. Mivel a nyomás a bemerülés mélységével növekszik, a folyadék alsó részére ható és felfelé irányuló nyomóerők nagyobbak, mint a felső részre ható és lefelé irányuló erők, és számíthatunk arra, hogy a nyomáserők eredője irányul. emelkedő. A folyadékba merített testre ható nyomóerők eredőjét a folyadék tartóerejének nevezzük.

Ha egy folyadékba mártott testet magára hagynak, az elsüllyed, egyensúlyban marad, vagy a folyadék felszínére úszik, attól függően, hogy a támasztóerő kisebb, egyenlő vagy nagyobb, mint a folyadék ereje. a testre ható gravitáció.

Arkhimédész törvénye kimondja, hogy a folyadékban lévő testre felfelé irányuló felhajtóerő hat, amely megegyezik a kiszorított folyadék tömegével. A folyadékba merített testre felhajtóerő hat (az úgynevezett Arkhimédész-erő)

ahol ρ a folyadék (gáz) sűrűsége, a szabadesés gyorsulása, és V- az elmerült test térfogata (vagy a test térfogatának a felszín alatti része).

Ha egy folyadékba mártott testet felfüggesztünk a mérlegre, akkor a mérleg a test levegőben lévő tömege és a kiszorított folyadék tömege közötti különbséget mutatja. Ezért Arkhimédész törvényét olykor a következő megfogalmazással adják: a folyadékba merített test annyit veszít a súlyából, amennyi az általa kiszorított folyadék súlya.

Érdekes egy ilyen kísérleti tény, hogy egy másik, nagyobb fajsúlyú folyadék belsejében a folyadék Arkhimédész törvénye szerint „elveszíti” súlyát, és felveszi természetes, gömb alakú formáját.

Párolgás

A felületi rétegben és a folyadék felszíne közelében olyan erők hatnak, amelyek biztosítják a felület létezését, és nem engedik, hogy a molekulák elhagyják a folyadék térfogatát. A hőmozgás miatt egyes molekulák elég nagy sebességgel rendelkeznek ahhoz, hogy legyőzzék a molekulákat a folyadékban tartó erőket és elhagyják a folyadékot. Ezt a jelenséget párolgásnak nevezik. Bármilyen hőmérsékleten megfigyelhető, de intenzitása a hőmérséklet emelkedésével nő.

Ha a folyadékot elhagyó molekulákat eltávolítjuk a folyadék felszínéhez közeli térből, akkor végül az összes folyadék elpárolog. Ha a folyadékot elhagyó molekulákat nem távolítják el, gőzt képeznek. A folyadék felszínéhez közeli területre belépő gőzmolekulákat vonzó erők vonják be a folyadékba. Ezt a folyamatot kondenzációnak nevezik.

Így, ha a molekulákat nem távolítják el, a párolgási sebesség idővel csökken. A gőzsűrűség további növelésével olyan helyzet áll elő, hogy a folyadékból egy bizonyos idő alatt távozó molekulák száma megegyezik az ugyanabban az idő alatt a folyadékba visszatérő molekulák számával. Dinamikus egyensúlyi állapot lép fel. A folyadékkal dinamikus egyensúlyi állapotban lévő gőzt telítettnek nevezzük.

A hőmérséklet emelkedésével a telített gőz sűrűsége és nyomása nő. Minél magasabb a hőmérséklet, annál több folyékony molekulának van elegendő energiája az elpárologtatáshoz, és annál nagyobb gőzsűrűségnek kell lennie ahhoz, hogy a kondenzáció egyenlő legyen a párolgással.

Forró

Amikor egy folyadék melegítése során olyan hőmérsékletet érünk el, amelyen a telített gőznyomás megegyezik a külső nyomással, egyensúly jön létre a folyadék és a telített gőze között. Ha további hőmennyiség kerül a folyadékba, a megfelelő folyadéktömeg azonnal gőzzé alakul. Ezt a folyamatot forralásnak nevezik.

A forralás a folyadék intenzív elpárologtatása, amely nemcsak a felszínről, hanem a teljes térfogatban, a keletkező gőzbuborékok belsejében megy végbe. Ahhoz, hogy folyadékból gőzzé válhasson, a molekuláknak meg kell szerezniük a szükséges energiát a folyadékban tartó vonzó erők leküzdéséhez. Például 1 g víz elpárologtatásához 100 ° C-os hőmérsékleten és a tengerszinti légköri nyomásnak megfelelő nyomáson 2258 J-t kell elkölteni, amelyből 1880-at a molekulák folyadéktól való elválasztására használnak, a többit pedig A rendszer által elfoglalt térfogat növelésére használják a légköri nyomás erőivel szemben (1 g vízgőz 100 ° C-on és normál nyomáson 1,673 cm 3 térfogatot foglal el, míg 1 g víz azonos körülmények között - csak 1,04 cm 3).

A forráspont az a hőmérséklet, amelyen a telített gőznyomás egyenlővé válik a külső nyomással. A nyomás növekedésével a forráspont növekszik, a nyomás csökkenésével pedig csökken.

A folyadék nyomásának az oszlop magasságával való változása miatt a folyadék különböző szintjein forr, szigorúan véve, különböző hőmérsékleteken. Csak a forrásban lévő folyadék felszíne feletti telített gőznek van bizonyos hőmérséklete. A hőmérsékletét csak a külső nyomás határozza meg. Ezt a hőmérsékletet értjük, amikor a forráspontról beszélünk.

A különböző folyadékok forráspontjai nagymértékben eltérnek egymástól, és ezt széles körben alkalmazzák a technológiában, például a kőolajtermékek desztillációjában.

Azt a hőmennyiséget, amelyet egy bizonyos mennyiségű folyadék izotermikus gőzzé alakításához kell szolgáltatni, külső nyomáson, amely megegyezik a telített gőz nyomásával, látens párolgási hőnek nevezzük. Ezt az értéket általában egy grammnak vagy egy mólnak nevezik. Egy mól folyadék izotermikus elpárologtatásához szükséges hőmennyiséget moláris látens párolgási hőnek nevezzük. Ha ezt az értéket elosztjuk a molekulatömeggel, akkor megkapjuk a párolgás fajlagos látens hőjét.

Folyadék felületi feszültsége

A folyadéknak azt a tulajdonságát, hogy felületét minimálisra csökkenti, felületi feszültségnek nevezzük. A felületi feszültség a folyadékra nehezedő molekuláris nyomás jelensége, amelyet a felületi rétegben lévő molekulák a folyadék belsejében lévő molekulákhoz vonzódnak. A folyadék felszínén a molekulák nem szimmetrikus erőket fejtenek ki. Átlagosan egy folyadék belsejében elhelyezkedő molekula minden oldalról egyenletesen ki van téve szomszédai vonzási és tapadási erejének. Ha a folyadék felületét megnöveljük, a molekulák a tartóerők ellenében mozognak. Így a folyadék felületét összehúzni hajló erő a felületet feszítő külső erővel ellentétes irányba hat. Ezt az erőt felületi feszültségnek nevezik, és a következő képlettel számítják ki:

Felületi feszültségi együttható ()

Folyadékfelület határhossza

Felhívjuk figyelmét, hogy a könnyen elpárolgó folyadékok (éter, alkohol) kisebb felületi feszültséggel rendelkeznek, mint a nem illékony folyadékok (higany). A folyékony hidrogén és különösen a folyékony hélium felületi feszültsége nagyon alacsony. A folyékony fémekben a felületi feszültség ezzel szemben nagyon magas. A folyadékok felületi feszültségének különbségét a különböző molekulák adhéziós erőinek különbsége magyarázza.

A folyadék felületi feszültségének mérése azt mutatja, hogy a felületi feszültség nemcsak a folyadék természetétől, hanem a hőmérsékletétől is függ: a hőmérséklet emelkedésével a folyadéksűrűségek különbsége csökken, ezért a felületi feszültség együtthatója - csökken.

A felületi feszültség miatt bármilyen térfogatú folyadék hajlamos csökkenteni a felületét, így csökken a potenciális energiája. A felületi feszültség az egyik rugalmas erő, amely felelős a vízben lévő hullámok mozgásáért. A kidudorodások során a felületi gravitáció és a felületi feszültség lefelé húzza a vízrészecskéket, aminek következtében a felület ismét simává válik.

Folyékony filmek

Mindenki tudja, milyen könnyen lehet habot kapni szappanos vízből. A hab légbuborékok halmaza, amelyet vékony folyadékfilm határol. Habképző folyadékból könnyen előállítható külön film.

Ezek a filmek nagyon érdekesek. Rendkívül vékonyak lehetnek: a legvékonyabb részeken vastagságuk nem haladja meg a százezred millimétert. Vékonyságuk ellenére néha nagyon ellenállóak. A szappanfólia megnyúlhat és deformálható, és a vízsugár átfolyhat a szappanfólián anélkül, hogy tönkretenné.

Mivel magyarázhatjuk a filmek stabilitását? A film képződésének elengedhetetlen feltétele a benne oldódó anyagok hozzáadása a tiszta folyadékhoz, sőt olyanok, amelyek nagymértékben csökkentik a felületi feszültséget.

A természetben és a technikában általában nem egyedi filmekkel találkozunk, hanem filmek gyűjteményével - habbal. Gyakran látni a patakokban, ahol kis patakok nyugodt vízbe esnek, bőséges habképződést. Ebben az esetben a víz habzási képessége egy speciális szerves anyag jelenlétével függ össze a vízben, amely a növények gyökereiből szabadul fel. Az építőipari berendezések cellás szerkezetű anyagokat, például habot használnak. Az ilyen anyagok olcsók, könnyűek, nem vezetik jól a hőt és a hangot, és meglehetősen tartósak. Elkészítésükhöz habzást elősegítő anyagokat adnak az oldatokhoz, amelyekből építőanyagok keletkeznek.

Nedvesítés

Az üveglapra helyezett kis higanycseppek gömb alakúak. Ez annak az eredménye, hogy a molekuláris erők csökkentik a folyadék felszínét. A szilárd anyag felületére helyezett higany nem mindig képez kerek cseppeket. A cinklemezen szétterül, és a csepp teljes felülete kétségtelenül megnő.

Egy csepp anilin is csak akkor gömb alakú, ha nem érinti az üvegedény falát. Amint megérinti a falat, azonnal hozzátapad az üveghez, átnyúlik rajta, és nagy teljes felületet kap.

Ez azzal magyarázható, hogy szilárd testtel való érintkezés esetén a folyékony molekulák és a szilárd molekulák közötti adhéziós erők kezdenek jelentős szerepet játszani. A folyadék viselkedése attól függ, hogy melyik a nagyobb: a folyékony molekulák közötti kohézió vagy a folyékony molekula kohéziója egy szilárd molekulával. Higany és üveg esetében a higany- és üvegmolekulák közötti tapadási erők kicsik a higanymolekulák közötti tapadási erőkhöz képest, és a higany cseppté gyűlik össze.

Ezt a folyadékot hívják nem nedvesítő szilárd. A higany és a cink esetében a folyadék és a szilárd anyag molekulái közötti kohéziós erők meghaladják a folyadék molekulái között ható kohéziós erőket, és a folyadék szétterül a szilárd anyagon. Ebben az esetben a folyadékot ún nedvesítés szilárd.

Ebből következik, hogy amikor a folyadék felszínéről beszélünk, akkor nem csak azt a felületet kell értenünk, ahol a folyadék határos levegővel, hanem azt a felületet is, amely más folyadékkal vagy szilárd testtel határos.

Attól függően, hogy a folyadék nedvesíti-e az edény falát vagy sem, a folyadék felületének alakja a szilárd fallal és a gázzal való érintkezés helyén ilyen vagy olyan alakú. Nem nedvesedés esetén a folyadékfelület alakja a szélén kerek, domború. Nedvesedéskor a szélén lévő folyadék homorú alakot vesz fel.

Kapilláris jelenségek

Az életben gyakran van dolgunk olyan testekkel, amelyekbe sok kis csatorna (papír, fonal, bőr, különféle építőanyagok, talaj, fa) hatol át. Amikor az ilyen testek vízzel vagy más folyadékkal érintkeznek, gyakran felszívják azokat. Ez az alapja a törülköző hatásának kézszárításkor, a kanóc működésének petróleumlámpában stb. Hasonló jelenségek figyelhetők meg keskeny üvegcsövekben is. A keskeny csöveket kapilláris vagy hajcsöveknek nevezik.

Ha egy ilyen csövet az egyik végén egy széles edénybe merítenek egy széles edényben, akkor a következő történik: ha a folyadék átnedvesíti a cső falát, akkor az edényben lévő folyadék szintje fölé emelkedik, és ráadásul magasabb, minél keskenyebb a cső; ha a folyadék nem nedvesíti a falakat, akkor éppen ellenkezőleg, a csőben a folyadékszint alacsonyabbra van állítva, mint egy széles edényben. A folyadékszint magasságának változását keskeny csövekben vagy résekben ún hajszálcsövesség. Tágabb értelemben kapilláris jelenségek alatt minden olyan jelenséget értünk, amelyet a felületi feszültség megléte okoz.

A folyadék felemelkedésének magassága a kapilláris csövekben a csőben lévő csatorna sugarától, a folyadék felületi feszültségétől és sűrűségétől függ. A kapillárisban és a széles edényben lévő folyadék között olyan h szintkülönbség jön létre, hogy az rgh hidrosztatikus nyomás kiegyenlítse a kapilláris nyomást:

ahol s a folyadék felületi feszültsége

R a kapilláris sugara.

A kapillárisban felszálló folyadék magassága arányos felületi feszültségével és fordítottan arányos a kapilláriscsatorna sugarával és a folyadék sűrűségével (Jurin törvénye).

A mű szövegét képek és képletek nélkül közöljük.
A munka teljes verziója elérhető a "Munkafájlok" fülön PDF formátumban

Bevezetés

A minket körülvevő világban a gravitáció, a rugalmasság és a súrlódás mellett van még egy olyan erő, amelyre általában nem figyelünk. Ez az erő minden folyadék felületének érintője mentén hat. Azt az erőt, amely a folyadék felülete mentén, a felületet korlátozó vonalra merőlegesen hat, azt a minimálisra csökkenteni igyekszik, ún. felületi feszültségi erő. Viszonylag kicsi, hatása soha nem okoz erőteljes hatást. Vizet azonban nem önthetünk egy pohárba, és egyáltalán nem tehetünk semmit folyadékkal anélkül, hogy a felületi feszültség erőit ne hozzuk működésbe. Annyira hozzászoktunk a felületi feszültségnek nevezett hatásokhoz, hogy észre sem vesszük őket. A folyadékok felületi feszültségének megnyilvánulásai a természetben és a technológiában meglepően sokrétűek. Fontos szerepet töltenek be a természetben és életünkben. Nélkülük nem írhatnánk hélium tollakkal a nyomtatópatronok azonnal nagy foltokat csinálnának, és kiürítenék az egész tartályt. Lehetetlen lenne beszappanozni a kezét – nem képződne hab. Egy enyhe eső átáztatott volna minket, és a szivárványt nem lehetett volna látni bármilyen időjárási körülmények között. A felületi feszültség cseppekké gyűjti össze a vizet, és a felületi feszültségnek köszönhetően szappanbuborékot lehet fújni. A Plateau belga professzor által a kutatók számára írt „legyen meglepődve” szabályát alkalmazva, vegyük figyelembe munkánk során a szokatlan kísérleteket.

A munka célja: folyadékok felületi feszültségének megnyilvánulásainak kísérleti tesztelése, folyadékok felületi feszültségi együtthatójának meghatározása cseppleválasztó módszerrel

Tanuljon oktatási, népszerű tudományos irodalmat, használjon anyagokat az interneten a „Felületi feszültség” témában;

végezzen kísérleteket annak bizonyítására, hogy a folyadék megfelelő alakja egy gömb;

kísérleteket végezni a felületi feszültség csökkentésével és növelésével;

tervezzen és állítson össze egy kísérleti elrendezést, amellyel egyes folyadékok felületi feszültségi együtthatóját cseppleválasztásos módszerrel meghatározhatja.

feldolgozza a kapott adatokat és levonja a következtetést.

A vizsgálat tárgya: folyadékok.

Fő rész. Felületi feszültség

1. ábra G. Galileo

Számos megfigyelés és kísérlet mutatja, hogy a folyadék olyan formát ölthet, amelyben a szabad felülete a legkisebb. Összehúzódási vágyában a felületi film gömb alakú folyadékot adna, ha nem vonzaná a Földet. Minél kisebb az esés, annál nagyobb szerepet játszanak a felületi feszültségi erők. Ezért a fák levelein és a füvön lévő apró harmatcseppek szabadeséskor gömb alakúak, az esőcseppek szinte szigorúan gömb alakúak. A folyadék azon tendenciája, hogy a lehető legkisebb mértékben összehúzódjon, számos meglepőnek tűnő jelenségben megfigyelhető. Galilei arra a kérdésre is gondolt: miért vesznek gömb alakút azok a harmatcseppek, amelyeket reggel a káposztaleveleken látott? Az az állítás, hogy a folyadéknak nincs saját alakja, nem bizonyul teljesen pontosnak. A folyadék megfelelő formája a gömb, mint a legterjedelmesebb forma. A folyékony halmazállapotú anyag molekulái szinte egymáshoz közel helyezkednek el. Ellentétben a szilárd kristályos testekkel, amelyekben a molekulák rendezett struktúrákat alkotnak a kristály teljes térfogatában, és hőrezgéseket tudnak végrehajtani a rögzített centrumok körül, a folyékony molekulák nagyobb szabadsággal rendelkeznek. A folyadék minden egyes molekuláját, csakúgy, mint a szilárd testet, minden oldalról szomszédos molekulák „beszorítják”, és egy bizonyos egyensúlyi helyzet körül hőrezgéseket szenvednek. Időről időre azonban bármely molekula egy közeli üres helyre költözhet. Az ilyen ugrások a folyadékokban meglehetősen gyakran előfordulnak; ezért a molekulák nincsenek meghatározott központokhoz kötve, mint a kristályoknál, és a folyadék teljes térfogatában mozoghatnak. Ez magyarázza a folyadékok folyékonyságát. A szorosan elhelyezkedő molekulák közötti erős kölcsönhatás miatt több molekulát tartalmazó lokális (instabil) rendezett csoportokat alkothatnak. 1

2. ábra Példa a folyékony molekulák rövid hatótávolságú és a kristályos anyag molekuláinak nagy hatótávolságú sorrendjére: 1 - víz; 2 - jég

Hogyan magyarázható a folyadék felszínének spontán összehúzódása? A folyadék felszínén és mélyén lévő molekulák eltérő körülmények között vannak. A folyadékban lévő minden molekula vonzó erőknek van kitéve a szomszédos molekuláktól, amelyek minden oldalról körülveszik. Ezen erők eredője nulla. A folyadék felszíne felett gőz van, amelynek sűrűsége sokszorosa a folyadék sűrűségének, és a gőzmolekulák kölcsönhatása folyadékmolekulákkal elhanyagolható. A folyadék felszínén lévő molekulákat csak a folyadék belsejében lévő molekulák vonzzák. Ezen erők hatására a felületi réteg molekulái befelé húzódnak, csökken a felületen lévő molekulák száma, csökken a felület. De nem minden molekula tud a felszínről a folyadékba mozogni, ezt megakadályozzák a molekulák közötti távolságok csökkenésekor fellépő taszító erők. A befelé húzott molekulák és a felszín alatt elhelyezkedő molekulák között bizonyos távolságokban a kölcsönhatási erők nullával egyenlővé válnak, és a felületi összehúzódás folyamata leáll. A felszínen maradó molekulák száma akkora, hogy területe minimális legyen egy adott térfogatú folyadékhoz. Mivel a folyadék folyékony, olyan formát ölt, amelyben a felületen a molekulák száma minimális, és egy gömbnek van egy adott térfogathoz minimális felülete, vagyis egy csepp folyadék gömb alakúhoz közeli alakot vesz fel. A felületi feszültségi erők természetét legegyszerűbben a csepp kialakulásának megfigyelésével lehet megragadni. Nézze meg alaposan, hogyan növekszik fokozatosan a csepp, egy szűkülő képződik - egy nyak - és a csepp letörik. Nem kell nagy fantázia ahhoz, hogy elképzeljük, hogy a víz egy elasztikus zacskóba van zárva, és ez a zsák eltörik, ha a súly meghaladja az erejét. A valóságban persze nincs más, csak víz a cseppben, de maga a víz felszíni rétege úgy viselkedik, mint egy feszített rugalmas film. A szappanbuborék filmje ugyanezt a benyomást kelt.

1. számú tapasztalat

A folyadék súrlódása a minimális potenciális energia felé szappanbuborékok segítségével figyelhető meg. A szappanfólia kettős felületi réteg. Ha kifúj egy szappanbuborékot, majd abbahagyja a felfújását, annak térfogata csökkenni kezd, és kinyomja a levegőt.

A felületi feszültség a folyadékra nehezedő molekuláris nyomás jelensége, amelyet a felületi réteg molekuláinak a folyadék belsejében lévő molekulákhoz való vonzódása okoz. 5

The Plateau Experience (1849)

Rizs. 4. J. Plateau

A szerény, amely kísérletezésre késztette a belga professzort, a véletlen volt. Véletlenül egy kis mennyiségű olajat öntött alkohol és víz keverékébe, és az golyó alakot öltött. Erre a tényre reflektálva Platón egy sor kísérletet vázolt fel, amelyeket később barátai és tanítványai nagyszerűen végrehajtottak. Naplójában egy szabályt írt a kutatóknak: „Itt az ideje, hogy meglepődjünk.” Úgy döntöttem, hogy felfedezem a Plateau tapasztalatait, de más módon: napraforgóolajat és színezett mangánvizet használok a kísérletben.

Kísérlet annak bizonyítására, hogy egy homogén folyadék minimális szabad felülettel ölt alakot

Plateau tapasztalati lehetőség #2

1) Napraforgóolajat öntünk egy főzőpohárba.

2) Szemcseppentővel cseppentsen a napraforgóolajba egy körülbelül 5 mm átmérőjű színezett mangánvizet.

) Különböző méretű vízgolyókat figyeltünk meg, amelyek lassan lehullanak a fenékre, és lapított ovális alakot vesznek fel (2. kép).

5) Megfigyeltük, hogyan veszi fel a csepp megfelelő golyóformát (2. kép).

Következtetés: A felületi réteg molekuláit magához vonzó folyadék összenyomja magát. Az ovális lapított forma azzal magyarázható, hogy az olajjal nem keveredő csepp súlya nagyobb, mint a felhajtóerő. A labda helyes formáját az magyarázza, hogy a csepp az olaj belsejében lebeg: a csepp súlyát a felhajtóerő egyensúlyozza ki.

Szabadon esve, súlytalanságban az esőcseppek gyakorlatilag labda alakúak. Egy űrhajóban egy meglehetősen nagy tömegű folyadék is gömb alakú formát ölt.

Felületi feszültségi együttható

Külső erő hiányában a folyadék felülete mentén felületi feszültség hat, ami minimálisra csökkenti a film felületét. A felületi feszültség a folyadék felületére érintőlegesen, a felületet határoló kontúrszakaszra merőlegesen, annak összehúzódása irányában ható erő.

Ơ - felületi feszültségi együttható - a felületi réteg határára ható felületi feszültségi erő F modulusának ℓ aránya ehhez a hosszhoz, állandó érték, amely nem függ a hossztól ℓ. A felületi feszültség együtthatója a környező közeg természetétől és a hőmérséklettől függ. Newton per méterben van kifejezve (N/m).

Kísérletek csökkentéssel és növeléssel

3. fénykép

felületi feszültség

3. számú tapasztalat

Érintse meg a víz felszínének közepét egy darab szappannal.

A habdarabok elkezdenek mozogni az edény közepétől az edény szélei felé (3. kép).

Benzint, alkoholt, mosószert cseppent az edény közepébe "Tündér"

Következtetés: Ezen anyagok felületi feszültsége kisebb, mint a vízé.

Ezek az anyagok a szennyeződések, zsírfoltok, korom eltávolítására szolgálnak, pl. vízben nem oldódó anyagok A meglehetősen nagy felületi feszültség miatt a víz önmagában nem rendelkezik túl jó tisztító hatással. Például, amikor a vízmolekulák érintkezésbe kerülnek egy folttal, jobban vonzzák egymást, mint az oldhatatlan szennyeződés részecskéi. A szappanok és a szintetikus mosószerek (SDC) olyan anyagokat tartalmaznak, amelyek csökkentik a víz felületi feszültségét. Az első szappant, a legegyszerűbb mosószert több mint 5000 évvel ezelőtt a Közel-Keleten szerezték be. Eleinte főleg fekélyek és sebek mosására, kezelésére használták. És csak az i.sz. 1. században. a férfi szappannal mosakodni kezdett.

Az 1. század elején megszületett a szappan.

Megmentette az embert a kosztól, és fiatal kora óta tiszta lett.

A szappanról mesélek, amiből hamar megszületett: sampon, gél, púder.

Tiszta lett a világ, milyen jó!

5. ábra F. Gunther

A mosószerek természetes és szintetikus tisztító hatású anyagok, különösen a mindennapi életben, az iparban és a szolgáltató szektorban használt szappanok és mosóporok. A szappant a zsír és a lúg kémiai kölcsönhatásának eredményeként nyerik. Valószínűleg véletlenül fedezték fel, amikor a húst tűzön sütötték, és a zsír a lúgos tulajdonságokkal rendelkező hamura folyt. A szappangyártás nagy múltra tekint vissza, de az első szintetikus mosószer (SDC) 1916-ban jelent meg, egy német vegyész találta fel. Fritz Gunther ipari célokra. A kézre többé-kevésbé ártalmatlan háztartási SMS-eket 1933-ban kezdték kiadni. Azóta számos szűk célú szintetikus mosószert (SDC) fejlesztettek ki, ezek előállítása a vegyipar fontos ágává vált.

A felületi feszültség miatt a víz önmagában nem rendelkezik kellő tisztító hatással. Amikor a vízmolekulák érintkezésbe kerülnek egy folttal, akkor egymáshoz vonzódnak, ahelyett, hogy felfognák a szennyeződésrészecskéket, vagyis nem nedvesítik be a szennyeződést.

A szappanok és a szintetikus mosószerek olyan anyagokat tartalmaznak, amelyek a felületi feszültség csökkentésével növelik a víz nedvesítő tulajdonságait. Ezeket az anyagokat felületaktív anyagoknak (felületaktív anyagoknak) nevezik, mivel a folyadék felszínén hatnak.

Napjainkra az SMS-ek gyártása a vegyipar fontos ágazatává vált. Ezeket az anyagokat ún felületaktív anyag(felületaktív anyagok), mert a folyadék felszínén hatnak. A felületaktív anyagok molekulái ebihalként ábrázolhatók. Fejükkel „kapaszkodnak” a vízbe, „farkukkal” a zsírba. Amikor a felületaktív anyagokat vízzel keverik, a felszínen lévő molekuláik a „fejükkel” lefelé néznek, a „farkukkal” pedig kifelé. A víz felszínének ily módon történő feltörésével ezek a molekulák jelentősen csökkentik a felületi feszültség hatását, ezáltal segítik a víz behatolását a szövetbe. Ugyanezekkel a „farokkal” a felületaktív anyag molekulái (6. ábra) befogják azokat a zsírmolekulákat, amelyekkel találkoznak. 2

4. számú tapasztalat

1. Öntsön tejet a csészealjba úgy, hogy ellepje az alját (4. kép)

2. Cseppentsen 2 csepp briliáns zöldet a tej felületére

3. Megfigyeltük, hogyan „hordódott” a briliáns zöld a közepétől a szélek felé. Két csepp briliáns zöld borítja a tej felületének nagy részét! (5. fotó)

Következtetés: a briliánzöld felületi feszültsége sokkal kisebb, mint a tejé.

4. A briliánzöld felületére „tündér” mosogatószert csepegtettünk, láttuk, hogy ez a folyadék a teljes felületen szétterül (6. kép)

Következtetés: A mosószer felületi feszültsége kisebb, mint a ragyogó zöldé.

5. számú tapasztalat

Egy széles üvegedénybe vizet öntöttek.

Habdarabok kerültek a felületre.

Érintse meg a víz felszínének közepét egy darab cukorral.

A hungarocell indák az edény széleitől a közepe felé kezdenek mozogni (7. kép).

Következtetés: A vizes cukoroldat felületi feszültsége nagyobb, mint a tiszta vízé.

6. számú tapasztalat

Zsírfoltok eltávolítása a szövet felületéről

Benzinnel megnedvesítettünk egy vattát, és ezzel a vattával nedvesítettük meg a folt széleit (nem magát a foltot). A benzin csökkenti a felületi feszültséget, így a folt közepén felhalmozódik a zsír, és onnan eltávolítható, ha magát a foltot ugyanazzal a vattával nedvesítjük meg, a felületi feszültség csökkenése miatt megnőhet.

A folyadék felületi feszültségének értékének kísérleti meghatározására a cseppentőből kifolyó cseppek képződésének és elválasztásának folyamata használható.

A cseppleválasztási módszer rövid elmélete

Kis térfogatú folyadék maga is gömbhöz közeli alakot vesz fel, mivel a folyadék kis tömege miatt a rá ható gravitációs erő is kicsi. Ez magyarázza a kis folyadékcseppek gömb alakú alakját. Az 1. ábra fényképeket mutat be, amelyek a cseppképződés és -leválás folyamatának különböző szakaszait mutatják be. A fénykép nagysebességű filmezéssel készült, feltételezhetjük, hogy minden pillanatban egyensúlyban van; A felületi feszültség a csepp felületének összehúzódását okozza, hajlamos arra, hogy a csepp gömb alakú legyen. A gravitáció a csepp súlypontját a lehető legalacsonyabbra helyezi. Ennek eredményeként a csepp megnyúltnak tűnik (7a. ábra).

Rizs. 7. a B C D

A cseppek képződésének és szétválásának folyamata

Minél nagyobb az esés, annál nagyobb szerepet játszik a gravitáció potenciális energiája. Ahogy a csepp növekszik, a tömeg nagy része az alján összegyűlik, és a cseppen nyak képződik (7b. ábra). A felületi feszültséget függőlegesen érintőlegesen a nyakra irányítjuk, és ez kiegyenlíti a cseppre ható gravitációs erőt. Most már elég, ha az esés eléggé megnő, és a felületi feszültség erői már nem egyensúlyozzák a gravitációs erőt. A csepp nyaka gyorsan beszűkül (7c. ábra), és ennek következtében a csepp letörik (7d. ábra).

Egyes folyadékok felületi feszültségi együtthatójának mérési módszere a cseppek mérésén alapul. Kis lyukból lassú folyadékáramlás esetén a keletkező cseppek mérete függ a folyadék sűrűségétől, a felületi feszültség együtthatójától, a lyuk méretétől és alakjától, valamint az áramlási sebességtől. . Amikor a nedvesítő folyadék lassan kiáramlik egy függőleges hengeres csőből, a keletkező csepp alakja a 8. ábrán látható. A cseppnyak r sugara az R cső külső sugarához az r = kR (1) összefüggésben kapcsolódik.

ahol k a cső méretétől és az áramlási sebességtől függő együttható.

A szétválás pillanatának, az ejtés súlyának meg kell egyeznie a nyak körvonalának hosszával megegyező hosszon ható felületi feszültségi erők eredőjével annak legkeskenyebb részén. Így tudunk írni

Mg = 2πrơ (2)

Az r nyaksugár értékét behelyettesítve az (1) egyenlőségből és megoldva azt kapjuk

Ơ =mg/2πkR (3)

Egy csepp tömegének meghatározásához bizonyos n számú cseppet mérünk be egy ismert tömegű pohárba. Ha egy csésze tömege cseppek nélkül és cseppekkel M 0, akkor egy csepp tömege

Az utolsó kifejezést behelyettesítve a (3) képletbe, és a cső sugara helyett beírva annak d átmérőjét, megkapjuk a számítási képletet

ơ = ((M-M0)g)/πkdn 3 (4)

Kutatómunka „Egyes folyadékok felületi feszültségi együtthatójának meghatározása cseppleválasztási módszerrel”

A tanulmány célja: meghatározza egy folyadék felületi feszültségének együtthatóját egyes folyadékok cseppeinek letépésével. Eszközök: felületi feszültség együttható mérésére szolgáló berendezés, mérleg, súly, csésze, tolómérő, stopper. Anyagok: mosószerek: „Fairy”, „Aos”, tej, alkohol, benzin, por oldatok: „Myth”, „Persil”, samponok "Fruttis", « Pantene», "Schauma"és " Fruttis", tusfürdők " Sensen», "Monpensier"és " Felfedez».

A készülék leírása.

A felületi feszültségi együttható meghatározásához egy háromlábú állványt állítottak össze, amelyre a vizsgált folyadékot tartalmazó bürettát szerelték fel. A büretta végére egy csővég van rögzítve, melynek végén csepp keletkezik. A cseppeket speciális csészében mértük.

A tanulmány előrehaladása

Tolómérővel háromszor megmértük a csúcscső átmérőjét, és kiszámítottuk az átlagos d értéket.

Egy tiszta, száraz poharat (M 0) mérünk a mérlegre.

Bürettás csap segítségével elértük a cseppáramlás sebességét

15 csepp percenként.

Bürettából 60 csepp folyadékot öntöttünk egy pohárba, pontosan megszámolva a cseppek számát.

Mértünk egy pohár folyadékot. (M)

A kapott értékeket behelyettesítettük a ơ = ((M-M0)g)/πkdn képletbe

Kiszámították a felületi feszültség együtthatóját.

A kísérletet háromszor hajtották végre

Kiszámították a felületi feszültségi együttható átlagos értékét.

A felületi feszültség együtthatóját az SI rendszerben N/m-ben mérik.

1. számú táblázat

A felületi feszültségi együttható (N/m) meghatározásának eredményei

Folyékony	Felületi feszültségi együttható
	Mérve	Táblázatos
Etanol
Tej (2,5)
Tej (házi készítésű tehén)
„Mítosz” por oldat
Persil por oldat
"Fairy" mosószer
"Aos" mosószer

Következtetés: A vizsgált konyhai tisztítószerek közül, ahol a „mosás” minőségét befolyásoló összes többi paraméter azonos, jobb a „mosás” terméket használni. Tündér" A vizsgált mosóporok közül " Mítosz", mert Az ő megoldásaik a legkisebb felületi feszültséggel rendelkeznek. Ezért az első jogorvoslat (" Tündér") jobban segít lemosni a vízben oldhatatlan zsírokat az edényekről, mivel emulgeálószer - olyan eszköz, amely megkönnyíti az emulziók (folyékony anyag legkisebb részecskéinek vízben lévő szuszpenziói) előállítását. Második (" Mítosz") jobban kimosja a ruhaneműt, behatol a szövetek rostjai közötti pórusokba. Vegye figyelembe, hogy konyhai tisztítószerek használatakor kényszerítjük az anyagot (különösen a zsírt), hogy legalább egy ideig feloldódjon a vízben, mert apró részecskékre „zúzzák”. Ezalatt ajánlatos a felvitt mosószert tiszta vízsugárral leöblíteni, ahelyett, hogy bizonyos idő elteltével edényben öblítené le az edényeket. Emellett a samponok és tusfürdők felületi feszültségét is tanulmányozták. Ezeknek a folyadékoknak a meglehetősen magas viszkozitása miatt nehéz pontosan meghatározni felületi feszültségi együtthatójukat, de összehasonlítható. A samponokat tanulmányozták (a cseppek letépésének módszerével) "Pantene», "Schauma"és " Fruttis", valamint tusfürdők" Sensen», "Monpensier"és " Felfedez».

Következtetés:

A samponok felületi feszültsége egy adott termékcsaládban csökken "Fruttis" - "Schauma" - "Pantene" gélekben - sorban "Monpensier" - "Felfedez" - "Érzékek".

A samponok felületi feszültsége kisebb, mint a gélek felületi feszültsége (például " Pantene» < «Érzékek"65 mN/m-rel), ami igazolja rendeltetésüket: samponok - hajmosásra, gélek - testmosásra.

Ha minden más azonos tulajdonság befolyásolja a mosás minőségét, jobb a vizsgált samponokat használni. "Pantene" (9. ábra), a vizsgált tusfürdők közül - „Érzékek” (10. ábra).

A cseppek letépésének módszerét, bár nem túl pontos, az orvosi gyakorlatban alkalmazzák. Ez a módszer diagnosztikai célból meghatározza a cerebrospinális folyadék, epe stb. felületi feszültségét.

Következtetés

1. Az elméleti következtetések kísérleti megerősítést nyertek , bizonyítja, hogy egy homogén folyadék minimális szabad felülettel ölt alakot

2. Kísérleteket végeztünk a felületi feszültség csökkentésével és növelésével, melyek eredményei igazolták, hogy a szappanok és a szintetikus mosószerek olyan anyagokat tartalmaznak, amelyek a felületi feszültség erejének csökkentésével növelik a víz nedvesítő tulajdonságait.

3. Folyadékok felületi feszültségi együtthatójának meghatározása

a) a cseppleválasztási módszer rövid elméletét tanulmányoztam;

b) kísérleti berendezést terveztek és szereltek össze;

c) kiszámítottuk a különböző folyadékok felületi feszültség együtthatójának átlagos értékeit, és következtetéseket vontunk le.

4. A kísérletek és kutatások eredményeit táblázatok és fényképek formájában mutatjuk be.

A projekten való munka lehetővé tette számomra, hogy szélesebb körű ismereteket szerezzek a fizika „Felületi feszültség” szekciójában.

A projektemet a nagy fizikus szavaival szeretném befejezni

A. Einstein:

„Elég megtapasztalnom az élet örök misztériumának érzését, felismerni és intuitívan megérteni minden dolog csodálatos felépítését, és aktívan törekedni arra, hogy a természetben megnyilvánuló legkisebb intelligenciaszemcsét is megragadjam.”

A felhasznált források és irodalom listája

http://www.physics.ru/

http://greenfuture.ru/

http://www.agym.spbu.ru/

Bukhovtsev B.B., Klimontovich Yu.L., Myakishev G.Ya., Fizika, tankönyv a középiskola 9. osztályához - 4. kiadás - M.: Oktatás, 1988 - 271 p.

Kasyanov V.A., Fizika, 10. osztály, tankönyv általános oktatási intézmények számára, M.: Túzok, 2001. - 410 s.

Pinsky A.A. Fizika: tankönyv. 10 évfolyamos kézikönyv a fizika elmélyült tanulmányozásával. M.: Oktatás, 1993. - 416 s.

Yufanova I.L. Szórakoztató estek fizikából a középiskolában: könyv tanároknak. - M.: Oktatás, 1990. -215s

Chuyanov V.Ya., Egy fiatal fizikus enciklopédikus szótára, M.: Pedagogika, 1984. - 350 s.

1 1 http://www.physics.ru/

2 http://greenfuture.ru