Një nga efektet në një sistem gaz-lëng-ngurtë është fenomeni i tensionit sipërfaqësor. Në fakt, pika dukuritë e tensionit sipërfaqësor në prani të forcave të tepërta që lindin në ndërfaqen midis dy fazave (për shembull, lëngu/avulli ose lëngu/ngurti). Le t'i quajmë këto forca të tepërta forcat e tensionit sipërfaqësor. Falë këtyre forcave, ekziston një flluskë sapuni ose film sapuni, kalimtarët e ujit rrëshqasin nëpër ujë, ekzistojnë fenomene kapilare dhe lëngu në mungesë peshe merr formën e një topi.

Le të përpiqemi të zbulojmë arsyet e shfaqjes së këtyre forcave. Le të shqyrtojmë një sistem në të cilin lëngu është në qetësi në një enë (Fig. 1).

Oriz. 1. Tensioni sipërfaqësor

Konsideroni një molekulë brenda një lëngu (topi i bardhë). Molekula që kemi zgjedhur tërhiqet nga të gjitha anët nga molekula të tjera të lëngut (Fig. 1.1). Për faktin se lëngu shpërndahet në mënyrë të barabartë (dendësia e molekulave është e njëjtë), molekula që kemi zgjedhur "tërhiqet" në të gjitha drejtimet në mënyrë të barabartë, d.m.th. shuma e të gjitha forcave që veprojnë në trup është numerikisht e barabartë me zero.

Le ta vendosim molekulën në ndërfaqe (Fig. 1.2). Atje ajo tërhiqet poshtë në të njëjtën mënyrë, por për shkak të faktit se ka shumë më pak molekula gazi, ka edhe më pak forca që tërhiqen lart. Atëherë forca totale që vepron në molekulën që kemi zgjedhur nuk është zero dhe drejtohet në lëng. Kjo forcë totale është forca e tensionit sipërfaqësor.

Vlera e tensionit sipërfaqësor mund të gjendet me dorë përmes një eksperimenti të vogël. Le të marrim një kornizë të vogël me një anë të lëvizshme dhe ta vendosim në ujë me sapun. Ne do ta shtrijmë filmin që rezulton derisa të prishet. Sepse këputja nuk ndodh menjëherë, që do të thotë se ka një forcë që vepron në pjesën e filmit, e cila parandalon grisjen e filmit. Forca nën të cilën filmi thyhet është, sipas ligjit të tretë të Njutonit, numerikisht e barabartë me forcën maksimale të tensionit sipërfaqësor që lind në film (Fig. 2).

Ky mësim do të diskutojë lëngjet dhe vetitë e tyre. Nga pikëpamja e fizikës moderne, lëngjet janë lënda më e vështirë e hulumtimit, sepse në krahasim me gazrat nuk është më e mundur të flitet për energji të papërfillshme të ndërveprimit midis molekulave, dhe në krahasim me trupat e ngurtë është e pamundur të flitet për renditja e renditur e molekulave të lëngshme (nuk ka renditje me rreze të gjatë në një lëng) . Kjo çon në faktin se lëngjet kanë një numër të vetive interesante dhe manifestimeve të tyre. Një pronë e tillë do të diskutohet në këtë mësim.

Për të filluar, le të diskutojmë vetitë e veçanta që kanë molekulat në shtresën sipërfaqësore të një lëngu në krahasim me molekulat e vendosura në vëllim.

Oriz. 1. Dallimi midis molekulave të shtresës sipërfaqësore dhe molekulave të vendosura në pjesën më të madhe të lëngut

Le të shqyrtojmë dy molekula A dhe B. Molekula A është brenda lëngut, molekula B është në sipërfaqen e tij (Fig. 1). Molekula A është e rrethuar në mënyrë uniforme nga molekula të tjera të lëngut, prandaj forcat që veprojnë në molekulën A nga molekulat që bien në sferën e bashkëveprimit ndërmolekular kompensohen, ose rezultanti i tyre është zero.

Çfarë ndodh me molekulën B, e cila ndodhet në sipërfaqen e lëngut? Kujtojmë se përqendrimi i molekulave të gazit të vendosura mbi lëng është dukshëm më i vogël se përqendrimi i molekulave të lëngshme. Molekula B është e rrethuar nga njëra anë nga molekula të lëngshme dhe nga ana tjetër nga molekula gazi shumë të rrallë. Meqenëse shumë molekula të tjera veprojnë mbi të nga ana e lëngut, rezultanta e të gjitha forcave ndërmolekulare do të drejtohet në lëng.

Kështu, në mënyrë që një molekulë nga thellësia e lëngut të hyjë në shtresën sipërfaqësore, duhet të punohet kundër forcave ndërmolekulare të pakompensuara.

Kujtoni se puna është ndryshimi i energjisë potenciale të marrë me një shenjë minus.

Kjo do të thotë se molekulat e shtresës sipërfaqësore, në krahasim me molekulat brenda lëngut, kanë energji të tepërt potenciale.

Kjo energji e tepërt është një përbërës i energjisë së brendshme të lëngut dhe quhet energjia sipërfaqësore. Përcaktohet si , dhe matet, si çdo energji tjetër, në xhaul.

Natyrisht, sa më e madhe të jetë sipërfaqja e lëngut, aq më shumë molekula kanë energji të tepërt potenciale, dhe për rrjedhojë aq më e madhe është energjia sipërfaqësore. Ky fakt mund të shkruhet në formën e relacionit të mëposhtëm:

,

ku është sipërfaqja dhe është koeficienti i proporcionalitetit, të cilin do ta quajmë koeficienti i tensionit sipërfaqësor, ky koeficient karakterizon këtë apo atë lëng. Le të shkruajmë një përkufizim të rreptë të kësaj sasie.

Tensioni sipërfaqësor i një lëngu (koeficienti i tensionit sipërfaqësor të lëngshëm) është një sasi fizike që karakterizon një lëng të caktuar dhe është e barabartë me raportin e energjisë sipërfaqësore me sipërfaqen e lëngut.

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor matet në njuton të ndarë me metër.

Le të diskutojmë se nga varet koeficienti i tensionit sipërfaqësor të një lëngu. Për të filluar, le të kujtojmë se koeficienti i tensionit sipërfaqësor karakterizon energjinë specifike të ndërveprimit të molekulave, që do të thotë se faktorët që ndryshojnë këtë energji do të ndryshojnë edhe koeficientin e tensionit sipërfaqësor të lëngut.

Pra, koeficienti i tensionit sipërfaqësor varet nga:

1. Natyra e lëngut (lëngët "të paqëndrueshëm", si eteri, alkooli dhe benzina, kanë më pak tension sipërfaqësor se lëngjet "jo të paqëndrueshme" - uji, merkuri dhe metalet e lëngëta).

2. Temperaturat (sa më e lartë të jetë temperatura, aq më i ulët është tensioni sipërfaqësor).

3. Prania e surfaktantëve që ulin tensionin sipërfaqësor (surfaktantë), si p.sh. sapuni ose pluhuri larës.

4. Vetitë e lëngut kufitar të gazit.

Vini re se koeficienti i tensionit sipërfaqësor nuk varet nga sipërfaqja, pasi për një molekulë individuale afër sipërfaqes është absolutisht e parëndësishme se sa molekula të ngjashme ka përreth. Kushtojini vëmendje tabelës, e cila tregon koeficientët e tensionit sipërfaqësor të substancave të ndryshme në temperaturë:

Tabela 1. Koeficientët e tensionit sipërfaqësor të lëngjeve në ndërfaqen me ajrin, në

Pra, molekulat e shtresës sipërfaqësore kanë energji të tepërt potenciale në krahasim me molekulat në pjesën më të madhe të lëngut. Në kursin e mekanikës u tregua se çdo sistem priret në një minimum të energjisë potenciale. Për shembull, një trup i hedhur nga një lartësi e caktuar do të priret të bjerë poshtë. Përveç kësaj, ju ndiheni shumë më rehat duke u shtrirë, pasi në këtë rast qendra e masës së trupit tuaj është sa më e ulët që të jetë e mundur. Në çfarë çon dëshira për të reduktuar energjinë e mundshme në rastin e një lëngu? Meqenëse energjia sipërfaqësore varet nga sipërfaqja, është energjikisht e pafavorshme që çdo lëng të ketë një sipërfaqe të madhe. Me fjalë të tjera, në një gjendje të lirë, lëngu do të tentojë ta bëjë sipërfaqen e tij minimale.

Mund ta verifikoni lehtësisht këtë duke eksperimentuar me film sapuni. Nëse zhytni një kornizë teli të caktuar në një tretësirë ​​sapuni, mbi të do të formohet një shtresë sapuni dhe filmi do të marrë një formë të tillë që sipërfaqja e tij të jetë minimale (Fig. 2).

Oriz. 2. Shifrat nga solucioni i sapunit

Ju mund të verifikoni ekzistencën e forcave të tensionit sipërfaqësor duke përdorur një eksperiment të thjeshtë. Nëse një fije lidhet me një unazë teli në dy vende, në mënyrë që gjatësia e fillit të jetë pak më e madhe se gjatësia e kordës që lidh pikat e lidhjes së fillit, dhe zhyteni unazën e telit në një zgjidhje sapuni (Fig. 3a), filmi i sapunit do të mbulojë të gjithë sipërfaqen e unazës dhe filli do të shtrihet në film sapuni. Nëse tani e grisni filmin në njërën anë të fillit, filmi i sapunit që mbetet në anën tjetër të fillit do të tkurret dhe do ta shtrëngojë fillin (Fig. 3b).

Oriz. 3. Eksperimentoni për të zbuluar forcat e tensionit sipërfaqësor

Pse ndodhi kjo? Fakti është se zgjidhja e sapunit që mbetet sipër, domethënë lëngu, tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Kështu, filli tërhiqet lart.

Pra, ne jemi të bindur për ekzistencën e tensionit sipërfaqësor. Tani le të mësojmë se si ta llogarisim atë. Për ta bërë këtë, le të bëjmë një eksperiment mendimi. Le të ulim një kornizë teli në solucionin e sapunit, njëra nga anët e së cilës është e lëvizshme (Fig. 4). Ne do të shtrijmë filmin e sapunit duke aplikuar një forcë në anën lëvizëse të kornizës. Kështu, tre forca veprojnë në shiritin kryq - një forcë e jashtme dhe dy forca të tensionit sipërfaqësor që veprojnë përgjatë secilës sipërfaqe të filmit. Duke përdorur ligjin e dytë të Njutonit, ne mund ta shkruajmë atë

Oriz. 4. Llogaritja e forcës së tensionit sipërfaqësor

Nëse, nën ndikimin e një force të jashtme, shiriti i tërthortë lëviz në një distancë, atëherë kjo forcë e jashtme do të funksionojë

Natyrisht, për shkak të kësaj pune, sipërfaqja e filmit do të rritet, që do të thotë se do të rritet edhe energjia sipërfaqësore, të cilën mund ta përcaktojmë përmes koeficientit të tensionit sipërfaqësor:

Ndryshimi i zonës, nga ana tjetër, mund të përcaktohet si më poshtë:

ku është gjatësia e pjesës lëvizëse të kornizës së telit. Duke marrë parasysh këtë, mund të shkruajmë se puna e bërë nga forca e jashtme është e barabartë me

Duke barazuar anët e djathta në (*) dhe (**), marrim një shprehje për forcën e tensionit sipërfaqësor:

Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor është numerikisht i barabartë me forcën e tensionit sipërfaqësor, i cili vepron për njësi gjatësi të vijës që kufizon sipërfaqen.

Pra, ne jemi edhe një herë të bindur se lëngu tenton të marrë një formë të tillë që sipërfaqja e tij të jetë minimale. Mund të tregohet se për një vëllim të caktuar sipërfaqja e një sfere do të jetë minimale. Kështu, nëse nuk veprojnë forca të tjera në lëng ose efekti i tyre është i vogël, lëngu do të priret të marrë një formë sferike. Kështu, për shembull, uji do të sillet në gravitetin zero (Fig. 5) ose flluskat e sapunit (Fig. 6).

Oriz. 5. Uji në gravitet zero

Oriz. 6. Flluska sapuni

Prania e forcave të tensionit sipërfaqësor mund të shpjegojë gjithashtu pse një gjilpërë metalike "shtrihet" në sipërfaqen e ujit (Fig. 7). Një gjilpërë, e cila vendoset me kujdes në një sipërfaqe, e deformon atë, duke rritur kështu sipërfaqen e kësaj sipërfaqeje. Kështu, lind një forcë e tensionit sipërfaqësor, e cila tenton të zvogëlojë një ndryshim të tillë në zonë. Forcat rezultante të tensionit sipërfaqësor do të drejtohen lart dhe do të kompensojnë forcën e gravitetit.

Oriz. 7. Gjilpërë në sipërfaqen e ujit

Parimi i funksionimit të një pipete mund të shpjegohet në të njëjtën mënyrë. Pika, e cila ndikohet nga graviteti, tërhiqet poshtë, duke rritur kështu sipërfaqen e saj. Natyrisht, lindin forca të tensionit sipërfaqësor, rezultanta e të cilave është e kundërt me drejtimin e gravitetit, dhe të cilat parandalojnë shtrirjen e pikës (Fig. 8). Kur shtypni kapakun e gomës të pipetës, krijoni presion shtesë, i cili ndihmon gravitetin dhe si rezultat, pika bie poshtë.

Oriz. 8. Si funksionon pipeta

Le të japim një shembull tjetër nga jeta e përditshme. Nëse zhytni një furçë bojë në një gotë me ujë, qimet do të fryhen. Nëse tani e hiqni këtë furçë nga uji, do të vini re se të gjitha qimet janë ngjitur me njëri-tjetrin. Kjo për faktin se sipërfaqja e ujit që ngjitet në furçë do të jetë më pas minimale.

Dhe një shembull tjetër. Nëse dëshironi të ndërtoni një kështjellë nga rëra e thatë, nuk ka gjasa të keni sukses, pasi rëra do të shkërmoqet nën ndikimin e gravitetit. Sidoqoftë, nëse lagni rërën, ajo do të ruajë formën e saj për shkak të forcave të tensionit sipërfaqësor të ujit midis kokrrave të rërës.

Së fundi, vërejmë se teoria e tensionit sipërfaqësor ndihmon për të gjetur analogji të bukura dhe të thjeshta për zgjidhjen e problemeve fizike më komplekse. Për shembull, kur ju duhet të ndërtoni një strukturë të lehtë dhe në të njëjtën kohë të fortë, fizika e asaj që ndodh në flluskat e sapunit vjen në shpëtim. Dhe ishte e mundur të ndërtohej modeli i parë adekuat i bërthamës atomike duke e krahasuar këtë bërthamë atomike me një pikë lëngu të ngarkuar.

Bibliografi

1. G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "Fizika 10". - M.: Arsimi, 2008.
2. Ya. - M.: Nauka, 1985.
3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky "Bazat e fizikës" vëll.
4. G. S. Landsberg "Libër shkollor elementar i fizikës" vëll.

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

Detyre shtepie

1. Pasi të keni zgjidhur problemet për këtë orë mësimi, do të mund të përgatiteni për pyetjet 7,8,9 të Provimit të Shtetit dhe pyetjet A8, A9, A10 të Provimit të Unifikuar të Shtetit.
2. Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fizika. Mbledhja e problemave për klasën 10" 5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
3. Bazuar në problemin 5.47, përcaktoni koeficientin e tensionit sipërfaqësor të tretësirës së ujit dhe sapunit.

Lista e pyetjeve dhe përgjigjeve

Pyetje: Pse tensioni sipërfaqësor ndryshon me temperaturën?

Përgjigje: Me rritjen e temperaturës, molekulat e lëngut fillojnë të lëvizin më shpejt, dhe për këtë arsye molekulat i kapërcejnë më lehtë forcat e mundshme të tërheqjes. Që çon në një ulje të forcave të tensionit sipërfaqësor, të cilat janë forca potenciale që lidhin molekulat e shtresës sipërfaqësore të një lëngu.

Pyetje: A varet koeficienti i tensionit sipërfaqësor nga dendësia e lëngut?

Përgjigje: Po, po, pasi energjia e molekulave në shtresën sipërfaqësore të lëngut varet nga dendësia e lëngut.

Pyetje: Cilat metoda ekzistojnë për përcaktimin e koeficientit të tensionit sipërfaqësor të një lëngu?

Përgjigje: Në kursin e shkollës, ata studiojnë dy mënyra për të përcaktuar koeficientin e tensionit sipërfaqësor të një lëngu. E para është metoda e grisjes së telit, parimi i saj përshkruhet në problemin 5.44 nga detyrat e shtëpisë, e dyta është metoda e numërimit të pikave, e përshkruar në problemin 5.47.

Pyetje: Pse flluskat e sapunit shemben pas pak?

Përgjigje: Fakti është se pas njëfarë kohe, nën ndikimin e gravitetit, flluska bëhet më e trashë në fund sesa në krye, dhe më pas, nën ndikimin e avullimit, ajo shembet në një moment. Kjo çon në faktin se e gjithë flluska, si një tullumbace, shembet nën ndikimin e forcave të tensionit sipërfaqësor të pakompensuar.

Tensioni sipërfaqësor i ujit të pijshëm

Një parametër i rëndësishëm i ujit të pijshëm është tensioni sipërfaqësor. Ai përcakton shkallën e ngjitjes midis molekulave të ujit dhe formën e sipërfaqes së lëngut, si dhe përcakton shkallën e përthithjes së ujit nga trupi.

Niveli i avullimit të një lëngu varet nga sa fort janë të lidhura molekulat e tij me njëra-tjetrën. Sa më shumë që molekulat të tërheqin njëra-tjetrën, aq më pak i paqëndrueshëm është lëngu. Sa më i ulët të jetë tensioni sipërfaqësor i një lëngu, aq më i paqëndrueshëm është ai. Alkoolet dhe tretësit kanë tensionin më të ulët sipërfaqësor. Kjo, nga ana tjetër, përcakton aktivitetin e tyre - aftësinë për të bashkëvepruar me substanca të tjera.

Vizualisht, tensioni sipërfaqësor mund të përfaqësohet si më poshtë: nëse ngadalë derdhni çajin në një filxhan deri në buzë, atëherë për ca kohë ai nuk do të tejmbushet dhe në dritën e transmetuar mund të shihni se një film i hollë është formuar mbi sipërfaqen e lëngut; që parandalon derdhjen e çajit. Fryhet teksa shtohet dhe vetëm në, siç thonë, "pika e fundit" lëngu del jashtë.

Sa më shumë "i lëngshëm" të përdoret uji për të pirë, aq më pak energji i nevojitet trupit për të thyer lidhjet molekulare dhe për të ngopur qelizat me ujë.

Njësia e tensionit sipërfaqësor është dyn/cm.

Uji i rubinetit ka një tension sipërfaqësor deri në 73 dynes/cm, dhe lëngu brenda dhe jashtëqelizor është rreth 43 dynes/cm, kështu që qeliza kërkon një sasi të madhe energjie për të kapërcyer tensionin sipërfaqësor të ujit.

Në mënyrë figurative, uji mund të jetë më i trashë dhe më i hollë. Është e dëshirueshme që më shumë ujë "i lëngshëm" të hyjë në trup, atëherë qelizat nuk do të duhet të harxhojnë energji për të kapërcyer tensionin sipërfaqësor. Uji me tension të ulët sipërfaqësor është më i disponueshëm biologjikisht. Ai hyn në ndërveprime ndërmolekulare më lehtë.

A keni menduar ndonjëherë: "Pse uji i nxehtë i larë papastërtitë më mirë se uji i ftohtë?" Kjo ndodh sepse me rritjen e temperaturës së ujit, tensioni i tij sipërfaqësor zvogëlohet. Sa më i ulët të jetë tensioni sipërfaqësor i ujit, aq më i mirë është një tretës. Koeficienti i tensionit sipërfaqësor varet nga përbërja kimike e lëngut, mjedisi me të cilin kufizohet dhe temperatura. Me rritjen e temperaturës (zvogëlohet dhe në temperaturën kritike bëhet zero. Varësisht nga forca e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të lëngut dhe grimcave të trupit të ngurtë në kontakt me të, është e mundur që trupi i ngurtë mund ose jo. të laget nga lëngu Në të dyja rastet, sipërfaqja e lëngut pranë kufirit me trupin e ngurtë është e lakuar.

Tensioni sipërfaqësor i ujit mund të ulet, për shembull, duke shtuar substanca biologjikisht aktive ose duke ngrohur lëngun. Sa më afër tensionit sipërfaqësor të ujit që pini në 43 dynes/cm, aq më pak energji mund të absorbohet nga trupi juaj.

Nuk e di ku mund ta merrni ujin e duhur ? Unë do t'ju them!

Shënim:

Duke klikuar " Të dish“Nuk sjell asnjë shpenzim apo detyrim financiar.

Ju vetëm merrni informacion në lidhje me disponueshmërinë e ujit të duhur në rajonin tuaj,

dhe merrni një mundësi unike për t'u bërë anëtar i klubit të njerëzve të shëndetshëm falas

Pjesa kryesore.

Për të kuptuar vetitë dhe modelet themelore të gjendjes së lëngshme të një substance, është e nevojshme të merren parasysh aspektet e mëposhtme:

Struktura e lëngut. Lëvizja e molekulave të lëngshme.

Një lëng është diçka që mund të rrjedhë.

Në renditjen e grimcave të lëngshme vërehet i ashtuquajturi rendi me rreze të shkurtër. Kjo do të thotë që në lidhje me çdo grimcë, është renditur vendndodhja e fqinjëve të saj më të afërt.

Sidoqoftë, ndërsa largoheni nga një grimcë e caktuar, renditja e grimcave të tjera në lidhje me të bëhet gjithnjë e më pak e renditur dhe shumë shpejt rendi në renditjen e grimcave zhduket plotësisht.

Molekulat e lëngshme lëvizin shumë më lirshëm se molekulat e ngurta, megjithëse jo aq lirshëm sa molekulat e gazit.

Çdo molekulë lëngu lëviz aty-këtu për ca kohë, pa u larguar, megjithatë, nga fqinjët e saj. Por herë pas here, një molekulë e lëngshme ikën nga mjedisi i saj dhe lëviz në një vend tjetër, duke përfunduar në një mjedis të ri, ku përsëri për disa kohë kryen lëvizje të ngjashme me dridhjet. Arritjet e rëndësishme në zhvillimin e një sërë problemesh në teorinë e gjendjes së lëngshme i përkasin shkencëtarit sovjetik Ya I. Frenkel.

Sipas Frenkel, lëvizja termike në lëngje ka karakterin e mëposhtëm. Çdo molekulë lëkundet rreth një pozicioni të caktuar ekuilibri për ca kohë. Herë pas here, një molekulë ndryshon vendin e saj të ekuilibrit, duke lëvizur befas në një pozicion të ri, të ndarë nga ai i mëparshmi nga një distancë e rendit të madhësisë së vetë molekulave. Kjo do të thotë, molekulat lëvizin ngadalë brenda lëngut, duke qëndruar një pjesë të kohës pranë vendeve të caktuara. Kështu, lëvizja e molekulave të lëngëta është diçka si një përzierje e lëvizjeve në një trup të ngurtë dhe në një gaz: lëvizja osciluese në një vend zëvendësohet. me një kalim të lirë nga një vend në tjetrin.

Presioni i lëngut

Përvoja e përditshme na mëson se lëngjet veprojnë me forca të njohura në sipërfaqen e trupave të ngurtë në kontakt me ta. Këto forca quhen forca të presionit të lëngjeve.

Kur mbulojmë me gisht hapjen e një rubineti të hapur me ujë, ndiejmë presionin e lëngut në gisht. Dhimbja e veshit e përjetuar nga një notar që është zhytur në thellësi të mëdha shkaktohet nga forcat e presionit të ujit në daullen e veshit. Termometrat për matjen e temperaturës në det të thellë duhet të jenë shumë të qëndrueshme në mënyrë që presioni i ujit të mos mund t'i shtypë ato.

Presioni në një lëng shkaktohet nga një ndryshim në vëllimin e tij - ngjeshja. Lëngjet janë elastike në raport me ndryshimet në vëllim. Forcat elastike në një lëng janë forca të presionit. Kështu, nëse një lëng vepron me forca presioni mbi trupat në kontakt me të, kjo do të thotë se ai është i ngjeshur. Meqenëse dendësia e një lënde rritet gjatë ngjeshjes, mund të themi se lëngjet kanë elasticitet në lidhje me ndryshimet në densitet.

Presioni në një lëng është pingul me çdo sipërfaqe të vendosur në lëng. Presioni në lëng në thellësinë h është i barabartë me shumën e presionit në sipërfaqe dhe një vlerë proporcionale me thellësinë:

Për shkak të faktit se lëngjet mund të transmetojnë presion statik, pothuajse jo më pak se dendësia e tyre, ato mund të përdoren në pajisje që ofrojnë një avantazh në forcë: një shtypje hidraulike.

Ligji i Arkimedit

Forcat e presionit veprojnë në sipërfaqen e një trupi të ngurtë të zhytur në një lëng. Meqenëse presioni rritet me thellësinë e zhytjes, forcat e presionit që veprojnë në pjesën e poshtme të lëngut dhe të drejtuara lart janë më të mëdha se forcat që veprojnë në pjesën e sipërme dhe të drejtuara poshtë, dhe mund të presim që rezultanta e forcave të presionit të drejtohet lart. Rezultantja e forcave të presionit në një trup të zhytur në një lëng quhet forca mbështetëse e lëngut.

Nëse një trup i zhytur në një lëng lihet vetë, ai do të fundoset, do të mbetet në ekuilibër ose do të notojë në sipërfaqen e lëngut, në varësi të faktit nëse forca mbështetëse është më e vogël, e barabartë ose më e madhe se forca e graviteti që vepron në trup.

Ligji i Arkimedit thotë se një trup në një lëng i nënshtrohet një force lëvizëse lart të barabartë me peshën e lëngut të zhvendosur. Një trup i zhytur në një lëng i nënshtrohet një force lëvizëse (të quajtur forca e Arkimedit)

ku ρ është dendësia e lëngut (gazit), është nxitimi i rënies së lirë dhe V- vëllimi i trupit të zhytur (ose pjesa e vëllimit të trupit që ndodhet nën sipërfaqe).

Nëse një trup i zhytur në një lëng pezullohet nga një peshore, atëherë peshore tregon ndryshimin midis peshës së trupit në ajër dhe peshës së lëngut të zhvendosur. Prandaj, ligjit të Arkimedit ndonjëherë jepet formulimi i mëposhtëm: një trup i zhytur në një lëng humbet peshën e tij po aq sa pesha e lëngut të zhvendosur prej tij.

Është interesante të vërehet një fakt i tillë eksperimental se, duke qenë brenda një lëngu tjetër me peshë specifike më të madhe, lëngu, sipas ligjit të Arkimedit, "humb" peshën e tij dhe merr formën e tij natyrore, sferike.

Avullimi

Në shtresën sipërfaqësore dhe pranë sipërfaqes së lëngut veprojnë forca që sigurojnë ekzistencën e sipërfaqes dhe nuk lejojnë që molekulat të largohen nga vëllimi i lëngut. Për shkak të lëvizjes termike, disa nga molekulat kanë shpejtësi mjaft të lartë për të kapërcyer forcat që mbajnë molekulat në lëng dhe largohen nga lëngu. Ky fenomen quhet avullim. Vërehet në çdo temperaturë, por intensiteti i tij rritet me rritjen e temperaturës.

Nëse molekulat që kanë lënë lëngun hiqen nga hapësira afër sipërfaqes së lëngut, atëherë përfundimisht i gjithë lëngu do të avullojë. Nëse molekulat që kanë lënë lëngun nuk hiqen, ato formojnë avull. Molekulat e avullit që hyjnë në zonën afër sipërfaqes së lëngut tërhiqen në lëng nga forcat tërheqëse. Ky proces quhet kondensim.

Kështu, nëse molekulat nuk hiqen, shkalla e avullimit zvogëlohet me kalimin e kohës. Me një rritje të mëtejshme të densitetit të avullit, arrihet një situatë ku numri i molekulave që largohen nga lëngu në një kohë të caktuar do të jetë i barabartë me numrin e molekulave që kthehen në lëng në të njëjtën kohë. Ndodh një gjendje e ekuilibrit dinamik. Avulli në një gjendje ekuilibri dinamik me lëngun quhet i ngopur.

Me rritjen e temperaturës, densiteti dhe presioni i avullit të ngopur rritet. Sa më e lartë të jetë temperatura, aq më shumë molekula të lëngshme kanë energji të mjaftueshme për të avulluar dhe aq më i madh duhet të jetë densiteti i avullit që kondensimi të jetë i barabartë në avullim.

Duke zier

Kur ngrohja e një lëngu arrin një temperaturë në të cilën presioni i avullit të ngopur është i barabartë me presionin e jashtëm, vendoset ekuilibri midis lëngut dhe avullit të tij të ngopur. Kur një sasi shtesë nxehtësie i jepet lëngut, masa përkatëse e lëngut shndërrohet menjëherë në avull. Ky proces quhet zierje.

Zierja është avullimi intensiv i një lëngu, që ndodh jo vetëm nga sipërfaqja, por në të gjithë vëllimin e tij, brenda flluskave të avullit që rezultojnë. Për të ndryshuar nga lëngu në avull, molekulat duhet të marrin energjinë e nevojshme për të kapërcyer forcat tërheqëse që i mbajnë ato në lëng. Për shembull, për të avulluar 1 g ujë në një temperaturë prej 100 ° C dhe një presion që korrespondon me presionin atmosferik në nivelin e detit, është e nevojshme të shpenzohen 2258 J, nga të cilat 1880 përdoren për të ndarë molekulat nga lëngu, dhe pjesa tjetër. përdoren për të rritur volumin e zënë nga sistemi, kundër forcave të presionit atmosferik (1 g avull uji në 100 ° C dhe presioni normal zë një vëllim prej 1,673 cm 3, ndërsa 1 g ujë në të njëjtat kushte - vetëm 1,04 cm 3).

Pika e vlimit është temperatura në të cilën presioni i avullit të ngopur bëhet i barabartë me presionin e jashtëm. Me rritjen e presionit, pika e vlimit rritet, dhe me uljen e presionit, ajo zvogëlohet.

Për shkak të ndryshimit të presionit në lëng me lartësinë e kolonës së tij, vlimi në nivele të ndryshme në lëng ndodh, në mënyrë rigoroze, në temperatura të ndryshme. Vetëm avulli i ngopur mbi sipërfaqen e një lëngu të vluar ka një temperaturë të caktuar. Temperatura e saj përcaktohet vetëm nga presioni i jashtëm. Kjo është temperatura që nënkuptohet kur flasim për pikën e vlimit.

Pikat e vlimit të lëngjeve të ndryshme ndryshojnë shumë nga njëra-tjetra, dhe kjo përdoret gjerësisht në teknologji, për shembull, në distilimin e produkteve të naftës.

Sasia e nxehtësisë që duhet të furnizohet për të shndërruar në mënyrë izotermale një sasi të caktuar lëngu në avull, me një presion të jashtëm të barabartë me presionin e avullit të tij të ngopur, quhet nxehtësia latente e avullimit. Kjo vlerë zakonisht quhet një gram, ose një nishan. Sasia e nxehtësisë e nevojshme për avullimin izotermik të një mol lëngu quhet nxehtësia latente molare e avullimit. Nëse kjo vlerë pjesëtohet me peshën molekulare, fitohet nxehtësia latente specifike e avullimit.

Tensioni sipërfaqësor i një lëngu

Vetia e një lëngu për të zvogëluar sipërfaqen e tij në minimum quhet tension sipërfaqësor. Tensioni sipërfaqësor është një fenomen i presionit molekular në një lëng i shkaktuar nga tërheqja e molekulave në shtresën sipërfaqësore ndaj molekulave brenda lëngut. Në sipërfaqen e një lëngu, molekulat përjetojnë forca që nuk janë simetrike. Mesatarisht, një molekulë e vendosur brenda një lëngu i nënshtrohet një force tërheqëse dhe ngjitjeje nga fqinjët e saj në mënyrë të barabartë nga të gjitha anët. Nëse sipërfaqja e lëngut rritet, molekulat do të lëvizin kundër forcave mbajtëse. Kështu, forca që tenton të kontraktojë sipërfaqen e lëngut vepron në drejtim të kundërt me forcën e jashtme që shtrin sipërfaqen. Kjo forcë quhet tension sipërfaqësor dhe llogaritet me formulën:

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor ()

Gjatësia e kufirit të sipërfaqes së lëngshme

Ju lutemi vini re se lëngjet që avullohen lehtësisht (eteri, alkooli) kanë më pak tension sipërfaqësor sesa lëngjet jo të paqëndrueshme (merkuri). Tensioni sipërfaqësor i hidrogjenit të lëngshëm dhe, veçanërisht, i heliumit të lëngshëm është shumë i ulët. Në metalet e lëngëta, tensioni sipërfaqësor, përkundrazi, është shumë i lartë. Dallimi në tensionin sipërfaqësor të lëngjeve shpjegohet me ndryshimin në forcat ngjitëse të molekulave të ndryshme.

Matjet e tensionit sipërfaqësor të një lëngu tregojnë se tensioni sipërfaqësor varet jo vetëm nga natyra e lëngut, por edhe nga temperatura e tij: me rritjen e temperaturës, ndryshimi në densitetin e lëngut zvogëlohet, dhe për këtë arsye koeficienti i tensionit sipërfaqësor zvogëlohet.

Për shkak të tensionit sipërfaqësor, çdo vëllim lëngu tenton të zvogëlojë sipërfaqen e tij, duke reduktuar kështu energjinë e tij potenciale. Tensioni sipërfaqësor është një nga forcat elastike përgjegjëse për lëvizjen e valëzimeve në ujë. Në fryrje, graviteti sipërfaqësor dhe tensioni sipërfaqësor i tërheqin grimcat e ujit poshtë, duke tentuar ta bëjnë sipërfaqen përsëri të lëmuar.

Filma të lëngshëm

Të gjithë e dinë se sa e lehtë është të marrësh shkumë nga uji me sapun. Shkuma është një grup flluskash ajri të kufizuar nga një shtresë e hollë lëngu. Një film i veçantë mund të merret lehtësisht nga një lëng që formon shkumë.

Këta filma janë shumë interesantë. Ato mund të jenë jashtëzakonisht të holla: në pjesët më të holla trashësia e tyre nuk i kalon njëqind mijëtat e milimetrit. Pavarësisht hollësisë së tyre, ato ndonjëherë janë shumë rezistente. Filmi i sapunit mund të shtrihet dhe deformohet, dhe një rrjedhë uji mund të rrjedhë përmes filmit të sapunit pa e shkatërruar atë.

Si mund ta shpjegojmë stabilitetin e filmave? Një kusht i domosdoshëm për formimin e një filmi është shtimi i substancave që treten në të në një lëng të pastër, për më tepër, ato që ulin shumë tensionin sipërfaqësor.

Në natyrë dhe teknologji, zakonisht nuk hasim filma individualë, por një koleksion filmash - shkumë. Shpesh mund të shihni në përrenj, ku përrenj të vegjël bien në ujë të qetë, formim të bollshëm shkume. Në këtë rast, aftësia e ujit për të shkumëzuar shoqërohet me praninë e një lënde organike të veçantë në ujë, të çliruar nga rrënjët e bimëve. Pajisjet e ndërtimit përdorin materiale që kanë një strukturë qelizore, si shkuma. Materialet e tilla janë të lira, të lehta, përçojnë dobët nxehtësinë dhe zërin dhe janë mjaft të qëndrueshme. Për t'i bërë ato, substancave që nxisin shkumëzimin u shtohen solucioneve nga të cilat formohen materialet e ndërtimit.

Veting

Pikat e vogla të merkurit të vendosura në një pjatë qelqi marrin një formë sferike. Ky është rezultat i forcave molekulare që tentojnë të zvogëlojnë sipërfaqen e lëngut. Mërkuri i vendosur në sipërfaqen e një trupi të ngurtë nuk formon gjithmonë pika të rrumbullakëta. Përhapet mbi pllakën e zinkut dhe sipërfaqja e përgjithshme e pikës pa dyshim do të rritet.

Një pikë aniline gjithashtu ka një formë sferike vetëm kur nuk prek murin e enës prej qelqi. Sapo prek murin, ngjitet menjëherë në xhami, duke u shtrirë përgjatë tij dhe duke marrë një sipërfaqe të madhe totale.

Kjo shpjegohet me faktin se në rastin e kontaktit me një trup të ngurtë, forcat ngjitëse midis molekulave të lëngshme dhe molekulave të ngurta fillojnë të luajnë një rol të rëndësishëm. Sjellja e një lëngu do të varet nga ajo se cila është më e madhe: kohezioni midis molekulave të lëngshme ose kohezioni i një molekule të lëngshme me një molekulë të ngurtë. Në rastin e merkurit dhe qelqit, forcat ngjitëse midis molekulave të merkurit dhe qelqit janë të vogla në krahasim me forcat ngjitëse midis molekulave të merkurit, dhe merkuri mblidhet në një pikë.

Ky lëng quhet jo lagësht të ngurta. Në rastin e merkurit dhe zinkut, forcat kohezive midis molekulave të lëngut dhe të ngurtës tejkalojnë forcat kohezive që veprojnë midis molekulave të lëngut dhe lëngu përhapet mbi të ngurtë. Në këtë rast lëngu quhet duke u lagur të ngurta.

Nga kjo rrjedh se kur flasim për sipërfaqen e një lëngu, duhet të nënkuptojmë jo vetëm sipërfaqen ku lëngu kufizohet me ajrin, por edhe sipërfaqja që kufizohet me lëngje të tjera ose një trup të ngurtë.

Në varësi të faktit nëse lëngu lag ose jo muret e enës, forma e sipërfaqes së lëngut në pikën e kontaktit me murin e ngurtë dhe gazin ka një formë ose një tjetër. Në rastin e mosnjohjes, forma e sipërfaqes së lëngshme në buzë është e rrumbullakët dhe konveks. Kur laget, lëngu në buzë merr një formë konkave.

Dukuritë kapilare

Në jetë, shpesh kemi të bëjmë me trupa të depërtuar nga shumë kanale të vogla (letër, fije, lëkurë, materiale të ndryshme ndërtimi, tokë, dru). Kur trupa të tillë bien në kontakt me ujë ose lëngje të tjera, ata shpesh i thithin ato. Kjo është baza për veprimin e një peshqiri gjatë tharjes së duarve, veprimit të fitilit në një llambë vajguri etj. Fenomene të ngjashme mund të vërehen edhe në tuba të ngushtë xhami. Tubat e ngushta quhen tuba kapilar ose qime.

Kur një tub i tillë zhytet në një skaj në një enë të gjerë në një enë të gjerë, ndodh si më poshtë: nëse lëngu lag muret e tubit, atëherë ai do të ngrihet mbi nivelin e lëngut në enë dhe, për më tepër, më i lartë, aq më i ngushtë është tubi; nëse lëngu nuk i lag muret, atëherë, përkundrazi, niveli i lëngut në tub vendoset më i ulët se në një enë të gjerë. Ndryshimi në lartësinë e nivelit të lëngut në tuba ose boshllëqe të ngushta quhet kapilariteti. Në një kuptim të gjerë, dukuritë kapilare nënkuptojnë të gjitha fenomenet e shkaktuara nga ekzistenca e tensionit sipërfaqësor.

Lartësia e rritjes së lëngut në tubat kapilar varet nga rrezja e kanalit në tub, tensioni sipërfaqësor dhe dendësia e lëngut. Midis lëngut në kapilar dhe në enën e gjerë, vendoset një ndryshim i tillë niveli h në mënyrë që presioni hidrostatik rgh të balancojë presionin kapilar:

ku s është tensioni sipërfaqësor i lëngut

R është rrezja e kapilarit.

Lartësia e lëngut që ngrihet në një kapilar është proporcionale me tensionin sipërfaqësor të tij dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rrezen e kanalit kapilar dhe densitetin e lëngut (ligji i Jurinit)

Teksti i veprës është postuar pa imazhe dhe formula.
Versioni i plotë i veprës gjendet në skedën "Work Files" në format PDF

Prezantimi

Në botën përreth nesh, së bashku me gravitetin, elasticitetin dhe fërkimin, ekziston një forcë tjetër të cilës ne zakonisht nuk i kushtojmë vëmendje. Kjo forcë vepron përgjatë tangjentës me sipërfaqet e të gjitha lëngjeve. Forca që vepron përgjatë sipërfaqes së një lëngu pingul me vijën që kufizon këtë sipërfaqe, tenton ta zvogëlojë atë në minimum, quhet forca e tensionit sipërfaqësor. Është relativisht i vogël, veprimi i tij nuk shkakton kurrë efekte të fuqishme. Megjithatë, ne nuk mund të hedhim ujë në një gotë, as nuk mund të bëjmë asgjë me ndonjë lëng pa futur në lojë forcat e tensionit sipërfaqësor. Jemi mësuar aq shumë me efektet e quajtura tension sipërfaqësor sa nuk i vëmë re. Manifestimet e tensionit sipërfaqësor të lëngjeve në natyrë dhe teknologji janë çuditërisht të ndryshme. Ata luajnë një rol të rëndësishëm në natyrë dhe në jetën tonë. Pa to, ne nuk do të ishim në gjendje të shkruanim me stilolapsa me helium, fishekët e printerit do të bënin menjëherë një njollë të madhe, duke zbrazur të gjithë rezervuarin e tyre. Do të ishte e pamundur të sapunoni duart tuaja - shkuma nuk do të formohej. Një shi i lehtë do të na kishte lagur dhe ylberi do të ishte i pamundur të shihej pa marrë parasysh motin. Tensioni sipërfaqësor mbledh ujin në pika dhe, falë tensionit sipërfaqësor, mund të fryhet një flluskë sapuni. Duke përdorur rregullin "Befasohu në kohë" nga profesori belg Plateau për studiuesit, ne do të konsiderojmë eksperimente të pazakonta në punën tonë.

Qëllimi i punës: testoni eksperimentalisht manifestimet e tensionit sipërfaqësor të lëngjeve, përcaktoni koeficientin e tensionit sipërfaqësor të lëngjeve duke përdorur metodën e ndarjes së pikave.

Studioni literaturë edukative, shkencore popullore, përdorni materiale në internet me temën "Tensioni sipërfaqësor";

të kryejë eksperimente për të vërtetuar se forma e duhur e një lëngu është një sferë;

të kryejë eksperimente me ulje dhe rritje të tensionit sipërfaqësor;

projektoni dhe montoni një strukturë eksperimentale me të cilën të përcaktohet koeficienti i tensionit sipërfaqësor të disa lëngjeve me metodën e ndarjes së pikave.

përpunoni të dhënat e marra dhe nxirrni një përfundim.

Objekti i studimit: lëngje.

Pjesa kryesore. Tensioni sipërfaqësor

Fig 1. G. Galileo

Vëzhgime dhe eksperimente të shumta tregojnë se një lëng mund të marrë një formë në të cilën sipërfaqja e tij e lirë ka sipërfaqen më të vogël. Në dëshirën e tij për t'u tkurrur, filmi sipërfaqësor do t'i jepte lëngut një formë sferike nëse jo për tërheqjen ndaj Tokës. Sa më e vogël të jetë rënia, aq më i madh është roli i forcave të tensionit sipërfaqësor. Prandaj, pikat e vogla të vesës në gjethet e pemëve dhe në bar janë afër një topi kur bien në rënie të lirë, pikat e shiut janë pothuajse rreptësisht sferike. Tendenca e një lëngu të tkurret në minimumin e mundshëm mund të vërehet në shumë fenomene që duken të habitshme. Galileo mendoi gjithashtu për pyetjen: pse pikat e vesës që pa në gjethet e lakrës në mëngjes marrin një formë sferike? Deklarata se një lëng nuk ka formën e vet rezulton të jetë jo plotësisht e saktë. Forma e duhur e një lëngu është një sferë, si forma më e madhe. Molekulat e një lënde në gjendje të lëngshme ndodhen pothuajse afër njëra-tjetrës. Ndryshe nga trupat e ngurtë kristalorë, në të cilët molekulat formojnë struktura të renditura në të gjithë vëllimin e kristalit dhe mund të kryejnë dridhje termike rreth qendrave fikse, molekulat e lëngshme kanë liri më të madhe. Çdo molekulë e një lëngu, ashtu si në një të ngurtë, është "sandwiched" nga të gjitha anët nga molekulat fqinje dhe i nënshtrohet dridhjeve termike rreth një pozicioni të caktuar ekuilibri. Megjithatë, herë pas here, çdo molekulë mund të lëvizë në një vend të lirë aty pranë. Kërcimet e tilla në lëngje ndodhin mjaft shpesh; prandaj, molekulat nuk janë të lidhura me qendra specifike, si te kristalet, dhe mund të lëvizin në të gjithë vëllimin e lëngut. Kjo shpjegon rrjedhshmërinë e lëngjeve. Për shkak të ndërveprimit të fortë midis molekulave të vendosura afër, ato mund të formojnë grupe të renditura lokale (të paqëndrueshme) që përmbajnë disa molekula. 1

Figura 2. Një shembull i rendit me rreze të shkurtër të molekulave të lëngëta dhe renditjes me rreze të gjatë të molekulave të një substance kristalore: 1 - ujë; 2 - akull

Si mund të shpjegohet tkurrja spontane e sipërfaqes së një lëngu? Molekulat në sipërfaqe dhe thellë në lëng janë në kushte të ndryshme. Çdo molekulë brenda një lëngu është subjekt i forcave tërheqëse nga molekulat fqinje që e rrethojnë atë nga të gjitha anët. Rezultantja e këtyre forcave është zero. Mbi sipërfaqen e lëngut ka avull, dendësia e të cilit është shumë herë më e vogël se dendësia e lëngut, dhe ndërveprimi i molekulave të avullit me molekulat e lëngshme mund të neglizhohet. Molekulat që janë në sipërfaqen e një lëngu tërhiqen vetëm nga molekulat që ndodhen brenda lëngut. Nën ndikimin e këtyre forcave, molekulat e shtresës sipërfaqësore tërhiqen nga brenda, numri i molekulave në sipërfaqe zvogëlohet dhe sipërfaqja zvogëlohet. Por jo të gjitha molekulat mund të lëvizin nga sipërfaqja në lëng, kjo parandalohet nga forcat refuzuese që lindin kur distancat midis molekulave ulen. Në distanca të caktuara midis molekulave të tërhequra nga brenda dhe molekulave të vendosura nën sipërfaqe, forcat e ndërveprimit bëhen të barabarta me zero dhe procesi i tkurrjes së sipërfaqes ndalet. Numri i molekulave që mbeten në sipërfaqe është i tillë që sipërfaqja e saj është minimale për një vëllim të caktuar lëngu. Meqenëse lëngu është i lëngshëm, ai merr një formë në të cilën numri i molekulave në sipërfaqe është minimal, dhe një sferë ka sipërfaqen minimale për një vëllim të caktuar, domethënë një pikë lëngu merr një formë afër një sferike. Mënyra më e lehtë për të kuptuar natyrën e forcave të tensionit sipërfaqësor është duke vëzhguar formimin e një rënieje. Shikoni nga afër se si pika rritet gradualisht, formon një ngushtim - një qafë - dhe pika shkëputet. Nuk duhet shumë imagjinatë për të imagjinuar se uji është i mbyllur në një qese elastike dhe kjo qese prishet kur pesha i kalon fuqinë. Në realitet, natyrisht, nuk ka asgjë tjetër përveç ujit në pikë, por vetë shtresa sipërfaqësore e ujit sillet si një film elastik i shtrirë. Filmi i një flluskë sapuni jep të njëjtën përshtypje.

Eksperienca nr. 1

Fërkimi i një lëngu drejt një minimumi të energjisë potenciale mund të vërehet duke përdorur flluska sapuni. Filmi i sapunit është një shtresë sipërfaqësore e dyfishtë. Nëse fryni një flluskë sapuni dhe më pas ndaloni fryrjen, ajo do të fillojë të ulet në vëllim, duke shtrydhur një rrjedhë ajri.

Tensioni sipërfaqësor është një fenomen i presionit molekular në një lëng, i shkaktuar nga tërheqja e molekulave të shtresës sipërfaqësore ndaj molekulave brenda lëngut. 5

Përvoja e Plateau (1849)

Oriz. 4. J.Plateau

Miza që e shtyu profesorin belg të eksperimentonte ishte rastësi. Ai derdhi aksidentalisht një sasi të vogël vaji në një përzierje alkooli dhe uji dhe ajo mori formën e një topi. Duke reflektuar mbi këtë fakt, Platoni përshkroi një sërë eksperimentesh që më vonë u kryen shkëlqyeshëm nga miqtë dhe studentët e tij. Në ditarin e tij, ai shkroi një rregull për studiuesit: "Është koha për t'u habitur". Vendosa të eksploroj përvojën e Plateau, por në një mënyrë tjetër: të përdor vaj luledielli dhe ujë mangani të lyer në eksperiment.

Eksperiment që vërteton se një lëng homogjen merr formë me një sipërfaqe minimale të lirë

Opsioni #2 i përvojës në Plateau

1) Vaj luledielli u hodh në një gotë.

2) Duke përdorur një pikatore për sy, hidhni një pikë ujë mangani të lyer me një diametër afërsisht 5 mm në vajin e lulediellit.

) Vëzhguam topa uji të madhësive të ndryshme që binin ngadalë në fund dhe merrnin një formë ovale të rrafshuar (Foto 2).

5) Ne vëzhguam se si rënia mori formën e duhur të një topi (Foto 2).

konkluzioni: Lëngu, duke tërhequr molekulat e shtresës sipërfaqësore, ngjesh vetveten. Forma ovale e rrafshuar shpjegohet me faktin se pesha e pikës, e cila nuk përzihet me vajin, është më e madhe se forca lëvizëse. Forma e saktë e topit shpjegohet me faktin se pika noton brenda vajit: pesha e pikës balancohet nga forca lëvizëse.

Kur bien lirshëm, në gjendje pa peshë, pikat e shiut praktikisht kanë formën e një topi. Në një anije kozmike, një masë mjaft e madhe lëngu merr gjithashtu një formë sferike.

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor

Në mungesë të një force të jashtme, një forcë e tensionit sipërfaqësor vepron përgjatë sipërfaqes së lëngut, e cila redukton sipërfaqen e filmit në minimum. Forca e tensionit sipërfaqësor është një forcë e drejtuar tangjencialisht në sipërfaqen e një lëngu, pingul me seksionin e konturit që kufizon sipërfaqen, në drejtim të tkurrjes së tij.

Ơ - koeficienti i tensionit sipërfaqësor - ky është raporti i modulit F të forcës së tensionit sipërfaqësor që vepron në kufirin e shtresës sipërfaqësore ℓ me këtë gjatësi, një vlerë konstante që nuk varet nga gjatësia ℓ. Koeficienti i tensionit sipërfaqësor varet nga natyra e mjedisit përreth dhe temperatura. Shprehet në njuton për metër (N/m).

Eksperimente me reduktim dhe rritje

Foto 3

tensioni sipërfaqësor

Eksperienca nr. 3

Prekni qendrën e sipërfaqes së ujit me një copë sapuni.

Pjesët e shkumës fillojnë të lëvizin nga qendra në skajet e enës (Foto 3).

U hodhën benzinë, alkool, detergjent në qendër të enës "Zana"

Përfundim: Tensioni sipërfaqësor i këtyre substancave është më i vogël se ai i ujit.

Këto substanca përdoren për të hequr papastërtitë, njollat ​​e yndyrës, blozën, d.m.th. substancat që janë të patretshme në ujë Për shkak të tensionit mjaft të lartë sipërfaqësor, uji në vetvete nuk ka një efekt shumë të mirë pastrimi. Për shembull, kur molekulat e ujit bien në kontakt me një njollë, ato tërhiqen më shumë nga njëra-tjetra sesa nga grimcat e papastërtive të patretshme (SDC) përmbajnë substanca që ulin tensionin sipërfaqësor të ujit. Sapuni i parë, detergjenti më i thjeshtë, u mor në Lindjen e Mesme më shumë se 5000 vjet më parë. Në fillim përdorej kryesisht për larjen dhe trajtimin e ulcerave dhe plagëve. Dhe vetëm në shekullin I pas Krishtit. burri filloi të lahej me sapun.

Në fillim të shekullit I lindi sapuni.

Ai e shpëtoi një person nga papastërtia dhe ai u bë i pastër që në moshë të re.

Po ju them për sapunin, i cili shpejt lindi: shampo, xhel, pudër.

Bota është bërë e pastër, sa e mirë është!

Fig 5. F. Gunter

Detergjentët janë substanca natyrale dhe sintetike me efekt pastrues, veçanërisht sapuni dhe pluhurat larës që përdoren në jetën e përditshme, industrinë dhe sektorin e shërbimeve. Sapuni përftohet si rezultat i ndërveprimit kimik të yndyrës dhe alkalit. Me shumë mundësi, u zbulua rastësisht kur mishi u skuq në zjarr dhe yndyra rrodhi mbi hirin, i cili ka veti alkaline. Prodhimi i sapunit ka një histori të gjatë, por detergjenti i parë sintetik (SDC) u shfaq në vitin 1916, ai u shpik nga një kimist gjerman. Fritz Gunther për qëllime industriale. SMS-të shtëpiake, pak a shumë të padëmshme për duart, filluan të lëshoheshin në vitin 1933. Që atëherë, janë zhvilluar një sërë detergjentesh sintetikë (SDC) për qëllime të ngushta dhe prodhimi i tyre është bërë një degë e rëndësishme e industrisë kimike.

Është për shkak të tensionit sipërfaqësor që uji në vetvete nuk ka një efekt të mjaftueshëm pastrimi. Kur molekulat e ujit bien në kontakt me një njollë, ato tërhiqen nga njëra-tjetra në vend që të kapin grimcat e papastërtisë, me fjalë të tjera, ato nuk e lagin papastërtinë.

Sapunët dhe detergjentët sintetikë përmbajnë substanca që rrisin vetitë e lagështimit të ujit duke ulur tensionin sipërfaqësor. Këto substanca quhen agjentë aktivë sipërfaqësor (surfaktantë) sepse veprojnë në sipërfaqen e lëngut.

Në ditët e sotme, prodhimi i SMS-ve është kthyer në një degë të rëndësishme të industrisë kimike. Këto substanca quhen surfaktant(surfaktantë) sepse veprojnë në sipërfaqen e lëngut. Molekulat e surfaktantit mund të përfaqësohen si plehra. Ata "kapen" pas ujit me kokën e tyre dhe yndyrës me "bishtin". Kur surfaktantët përzihen me ujë, molekulat e tyre në sipërfaqe përballen me "kokën" e tyre poshtë dhe "bishtin" e tyre jashtë. Duke e copëtuar sipërfaqen e ujit në këtë mënyrë, këto molekula reduktojnë ndjeshëm efektin e tensionit sipërfaqësor, duke ndihmuar kështu ujin të depërtojë në inde. Me të njëjtat "bishta" molekulat e surfaktantit (Fig. 6) kapin molekulat e yndyrës që hasin. 2

Eksperienca nr. 4

1. Hidhni qumështin në tenxhere në mënyrë që të mbulojë pjesën e poshtme (Foto 4)

2. Hidhni 2 pika jeshile brilant mbi sipërfaqen e qumështit

3. Ne vëzhguam se si jeshilja e shkëlqyeshme u "mbart" nga qendra në skajet. Dy pika jeshile brilante mbulojnë pjesën më të madhe të sipërfaqes së qumështit! (Foto 5)

Përfundim: tensioni sipërfaqësor i jeshilit të shkëlqyeshëm është shumë më i vogël se ai i qumështit.

4. Lëngu për larjen e enëve “Fairy” u hodh në sipërfaqen e gjelbërimit të shkëlqyeshëm, ne pamë sesi ky lëng u përhap në të gjithë sipërfaqen (Foto 6).

konkluzioni: Tensioni sipërfaqësor i detergjentit është më i vogël se ai i ngjyrës jeshile shkëlqyese.

Eksperienca nr. 5

Uji u derdh në një enë të gjerë qelqi.

Në sipërfaqe u hodhën copa shkume.

Prekni qendrën e sipërfaqes së ujit me një copë sheqer.

Gjurmët e polisterolit fillojnë të lëvizin nga skajet e enës drejt qendrës (Foto 7).

konkluzioni: Tensioni sipërfaqësor i tretësirës ujore të sheqerit është më i madh se ai i ujit të pastër.

Eksperienca nr. 6

Heqja e njollave yndyrore nga sipërfaqja e pëlhurës

Një lesh pambuku e kemi lagur me benzinë ​​dhe me këtë pambuk i kemi lagur skajet e njollës (jo vetë njollën). Benzina zvogëlon tensionin sipërfaqësor, kështu që yndyra grumbullohet në qendër të njollës dhe mund të hiqet prej andej nëse e lagni vetë njollën me të njëjtin lesh pambuku, ajo mund të rritet në madhësi për shkak të uljes së tensionit sipërfaqësor.

Për të përcaktuar në mënyrë eksperimentale vlerën e tensionit sipërfaqësor të një lëngu, mund të përdorni procesin e formimit dhe ndarjes së pikave që rrjedhin nga një pikatore.

Teori e shkurtër e metodës së ndarjes së pikave

Vetë një vëllim i vogël lëngu merr një formë afër një sfere, pasi për shkak të masës së vogël të lëngut, forca e gravitetit që vepron mbi të është gjithashtu e vogël. Kjo shpjegon formën sferike të pikave të vogla të lëngut. Figura 1 tregon fotografi që tregojnë faza të ndryshme të procesit të formimit dhe shkëputjes së pikave. Fotografia është bërë duke përdorur xhirime me shpejtësi të lartë; Tensioni sipërfaqësor shkakton tkurrje të sipërfaqes së rënies, tenton t'i japë rënies një formë sferike. Graviteti e vendos qendrën e gravitetit të pikës sa më të ulët që të jetë e mundur. Si rezultat, pika duket e zgjatur (Fig. 7a).

Oriz. 7. a B C D

Procesi i formimit dhe ndarjes së pikave

Sa më e madhe të jetë rënia, aq më i madh është roli që luan energjia potenciale e gravitetit. Ndërsa pika rritet, pjesa më e madhe e masës mblidhet në fund dhe në pikën formohet një qafë (Fig. 7b). Forca e tensionit sipërfaqësor drejtohet vertikalisht tangjencialisht në qafë dhe balancon forcën e gravitetit që vepron në rënie. Tani mjafton që rënia të rritet mjaft dhe forcat e tensionit sipërfaqësor të mos balancojnë më forcën e gravitetit. Qafa e pikës ngushtohet shpejt (Fig. 7c) dhe si rezultat rënia shkëputet (Fig. 7d).

Metoda për matjen e koeficientit të tensionit sipërfaqësor të disa lëngjeve bazohet në peshimin e pikave. Në rastin e një rrjedhje të ngadaltë të lëngut nga një vrimë e vogël, madhësia e pikave të formuara varet nga dendësia e lëngut, koeficienti i tensionit sipërfaqësor, madhësia dhe forma e vrimës, si dhe shpejtësia e rrjedhjes. . Kur një lëng njomës rrjedh ngadalë nga një tub cilindrik vertikal, rënia që rezulton ka formën e treguar në figurën 8. Rrezja r e qafës së rënies lidhet me rrezen e jashtme të tubit R nga relacioni r = kR (1)

ku k është një koeficient në varësi të madhësisë së tubit dhe shpejtësisë së rrjedhës.

Në momentin e ndarjes, pesha e rënies duhet të jetë e barabartë me rezultatin e forcave të tensionit sipërfaqësor që veprojnë përgjatë një gjatësi të barabartë me gjatësinë e konturit të qafës në pjesën më të ngushtë të saj. Kështu, ne mund të shkruajmë

Mg = 2πrơ (2)

Duke zëvendësuar vlerën e rrezes së qafës r nga barazia (1) dhe duke e zgjidhur atë, marrim

Ơ =mg/2πkR (3)

Për të përcaktuar masën e një pike, një numër i caktuar n pikash peshohet në një gotë me peshë të njohur. Nëse masa e një filxhani pa pika dhe me pika është përkatësisht M 0 dhe M, atëherë masa e një pike

Duke zëvendësuar shprehjen e fundit në formulën (3) dhe duke futur diametrin e saj d në vend të rrezes së tubit, marrim formulën e llogaritjes

ơ = ((M-M0)g)/πkdn 3 (4)

Puna kërkimore “Përcaktimi i koeficientit të tensionit sipërfaqësor të disa lëngjeve me metodën e ndarjes së pikave”

Qëllimi i studimit: përcaktoni koeficientin e tensionit sipërfaqësor të një lëngu duke shkëputur pikat e disa lëngjeve. Pajisjet: instalim për matjen e koeficientit të tensionit sipërfaqësor, peshore, peshë, filxhan, kaliper, kronometër. Materiale: detergjentë: “Fairy”, “Aos”, qumësht, alkool, benzinë, zgjidhje pluhuri: “Myth”, “Persil”, shampo "Fruttis", « Pantene», "Schauma" dhe " Fruttis", xhel dushi " Sensen», "Monpensier" dhe " Zbuloni».

Përshkrimi i pajisjes.

Për të përcaktuar koeficientin e tensionit sipërfaqësor, u montua një instalim, i përbërë nga një trekëmbësh mbi të cilin u instalua një biretë me lëngun që testohej. Në fund të buretës, është ngjitur një majë tubi, në fund të së cilës formohet një pikë. Pikat peshoheshin në një filxhan të veçantë.

Ecuria e studimit

Duke përdorur një kaliper, diametri i tubit të majë është matur tre herë dhe është llogaritur vlera mesatare d.

Peshoi një gotë të pastër dhe të thatë (M 0) në peshore.

Duke përdorur një rubinet me biretë, arritëm shpejtësinë e rrjedhjes së rënies

15 pika në minutë.

60 pika lëngu u derdhën nga një biretë në një gotë, duke llogaritur saktësisht numrin e pikave të hedhura.

Peshuam një gotë lëng. (M)

Zëvendësoi vlerat e marra në formulën ơ = ((M-M0)g)/πkdn

Është llogaritur koeficienti i tensionit sipërfaqësor.

Eksperimenti u krye tre herë

Është llogaritur vlera mesatare e koeficientit të tensionit sipërfaqësor.

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor në sistemin SI matet në N/m.

Tabela nr. 1

Rezultatet e përcaktimit të koeficientit të tensionit sipërfaqësor (N/m)

E lëngshme	Koeficienti i tensionit sipërfaqësor
	I matur	Tabela
Etanol
Qumësht (2.5)
Qumësht (lopë e bërë në shtëpi)
Zgjidhja pluhur "Miti".
Zgjidhje pluhur Persil
Detergjent "Fairy"
Detergjent "Aos"

konkluzioni: Nga detergjentët e studiuar të kuzhinës, me të gjithë parametrat e tjerë që ndikojnë në cilësinë e "larjes" janë të njëjta, është më mirë të përdoret produkti " zanë" Nga pluhurat larëse të studiuara " Miti", sepse Janë tretësirat e tyre që kanë tensionin më të ulët sipërfaqësor. Prandaj, ilaçi i parë (“ zanë") ndihmon më mirë në larjen e yndyrave të patretshme në ujë nga enët, duke qenë një emulsifikues - një mjet që lehtëson prodhimin e emulsioneve (pezullimet e grimcave më të vogla të një lënde të lëngshme në ujë). E dyta (" Miti") lan më mirë rrobat, duke depërtuar në poret midis fibrave të pëlhurave. Vini re se kur përdorim detergjentë kuzhine, ne e detyrojmë substancën (në veçanti yndyrën) të shpërndahet në ujë të paktën për një kohë, sepse ajo është "thërmuar" në grimca të vogla. Gjatë kësaj kohe, rekomandohet të shpëlani detergjentin e aplikuar me një rrjedhë uji të pastër, në vend që t'i shpëlani enët pas njëfarë kohe në një enë. Përveç kësaj, u studiua tensioni sipërfaqësor i shampove dhe xhelave të dushit. Për shkak të viskozitetit mjaft të lartë të këtyre lëngjeve, është e vështirë të përcaktohet me saktësi koeficienti i tensionit të tyre sipërfaqësor, por mund të krahasohet. Shamponët u studiuan (me metodën e heqjes së pikave) "Pantene», "Schauma" dhe " Fruttis", si dhe xhel dushi " Sensen», "Monpensier" dhe " Zbuloni».

konkluzioni:

Tensioni sipërfaqësor zvogëlohet në shampo në një gamë "Fruttis" - "Schauma" - "Pantene" në xhel - në një rresht "Monpensier" - "Zbulo" - "Shqisat".

Tensioni sipërfaqësor i shampove është më i vogël se tensioni sipërfaqësor i xhelit (Për shembull, " Pantene» < «Shqisat"me 65 mN/m), gjë që justifikon qëllimin e tyre: shampo - për larjen e flokëve, xhel - për larjen e trupit.

Me të gjitha karakteristikat e tjera identike që ndikojnë në cilësinë e larjes, është më mirë të përdorni shamponët e studiuar. "Pantene" (Fig. 9), nga xhelët e studiuar të dushit - "Shqisat" (Fig. 10).

Metoda e heqjes së pikave, megjithëse jo shumë e saktë, megjithatë përdoret në praktikën mjekësore. Kjo metodë përcakton tensionin sipërfaqësor të lëngut cerebrospinal, biliare, etj për qëllime diagnostike.

konkluzioni

1. Është marrë konfirmimi eksperimental i përfundimeve teorike , duke vërtetuar se një lëng homogjen merr formë me një sipërfaqe minimale të lirë

2. Eksperimentet u kryen me ulje dhe rritje të tensionit sipërfaqësor, rezultatet e të cilave vërtetuan se sapuni dhe detergjentët sintetikë përmbajnë substanca që rrisin vetitë njomëse të ujit duke ulur forcën e tensionit sipërfaqësor.

3. Për të përcaktuar koeficientin e tensionit sipërfaqësor të lëngjeve

a) u studiua një teori e shkurtër e metodës së ndarjes së pikave;

b) është projektuar dhe montuar një strukturë eksperimentale;

c) janë llogaritur vlerat mesatare të koeficientit të tensionit sipërfaqësor të lëngjeve të ndryshme dhe janë nxjerrë përfundime.

4. Rezultatet e eksperimenteve dhe kërkimeve janë paraqitur në formë tabelash dhe fotografie.

Puna në projekt më lejoi të fitoja njohuri më të gjera në seksionin e fizikës "Tensioni sipërfaqësor".

Do të doja ta përfundoja projektin tim me fjalët e fizikanit të madh

A. Ajnshtajni:

"Mjafton që unë të përjetoj ndjenjën e misterit të përjetshëm të jetës, të kuptoj dhe të kuptoj në mënyrë intuitive strukturën e mrekullueshme të të gjitha gjërave dhe të përpiqem aktivisht të kuptoj edhe grimcën më të vogël të inteligjencës që shfaqet në Natyrë."

Lista e burimeve dhe literaturës së përdorur

http://www.physics.ru/

http://greenfuture.ru/

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

Bukhovtsev B.B., Klimontovich Yu.L., Myakishev G.Ya., Fizikë, tekst shkollor për klasën e 9-të të shkollës së mesme - botimi i 4-të - M.: Arsimi, 1988 - 271 f.

Kasyanov V.A., Fizikë, klasa e 10-të, libër shkollor për institucionet e arsimit të përgjithshëm, M.: Bustard, 2001. - 410 s.

Pinsky A.A. Fizikë: tekst shkollor. Një manual për 10 klasa me studim të thelluar të fizikës. M.: Arsimi, 1993. - 416 shek.

Yufanova I.L. Mbrëmje argëtuese në fizikë në shkollën e mesme: një libër për mësuesit. - M.: Arsimi, 1990. -215s

Chuyanov V.Ya., Fjalor Enciklopedik i Fizikantit të Ri, M.: Pedagogika, 1984. - 350 s.

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

2 http://greenfuture.ru