Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Поверхностное натяжение жидкостей

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. 1. Явления протекают на поверхности жидкости. 2. На тела, находящиеся на поверхности жидкости действуют с ее стороны силы. Общее в рассмотренных примерах

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Происхождение Молекулы внутри жидкости притягиваются соседними молекулами со всех сторон, поэтому молекулярные силы здесь скомпенсированы. Молекулы, расположенные на поверхности жидкости, притягиваются соседними молекулами в основном внутрь жидкости, так как плотность водяных паров, находящихся над жидкостью, несравнимо меньше плотности самой жидкости.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. мыльный раствор корковая пробка О: Сила поверхностного натяжения – это сила, действующая вдоль поверхности жидкости, перпендикулярная к линии, ограничивающей эту поверхность, стремящаяся сократить ее до минимума.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Форма шара – число молекул на поверхности минимально

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине линии, разделяющей поверхность жидкости и соприкасающегося с ней тела. F = σ L 0 так как пленка имеет две поверхности где σ - коэффициентом поверхностного натяжения жидкости.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости показывает, какая сила поверхностного натяжения действует на единицу длины контура свободной поверхности жидкости. F = σ L 0

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Смачивание – это явление, наблюдаемое на границе жидкости с твердыми телами и приводящее к искривлению поверхности жидкости у поверхности твердого тела. Присыпка - ликоподий Смачиваются водой бумага, асфальт, кирпич. Не смачиваются водой жирные поверхности, листья некоторых растений.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Капилярные явления – подъем и опускание жидкости в узких трубках. В тонких капиллярах искривленную поверхность жидкости можно принять за полусферу.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Вопрос: Мыльный пузырь выдули через соломинку так, что он повис на одном ее конце. Что произойдет с пламенем свечи, если к нему поднести другой, открытый конец соломинки? Как будет зависеть поведение пламени от диаметра пузыря? Ответ: Пламя отклонится в сторону под действием струйки воздуха, вытекающего через соломинку из стягиваемого поверхностными силами пузыря. Отклонение пламени будет тем сильнее, чем меньше диаметр пузыря.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Выдуем из двух трубочек, соединенных друг с другом, два мыльных пузыря неодинаковых размеров. Закроем отверстие, через которое мы надували пузыри. Размеры пузырей начинают изменяться так, что ббольшой пузырь становится еще ббольше, а маленький еще меньше. Таким образом, избыточное давление под искривленной поверхностью (по отношению к давлению под плоской поверхностью) оказывается обратно пропорциональным радиусу кривизны поверхности:

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. 1 Вопрос: Почему две спички, плавающие на поверхности воды вблизи друг от друга, притягиваются? Ответ: Из-за капиллярных эффектов вода между двумя близко расположенными спичками поднимается вверх. Давление в воде между спичками оказывается ниже атмосферного. Это и приводит к тому, что спички сближаются. 2 Вопрос: Если кусочек мела положить в воду, то из него по всем направлениям начнут выходить пузырьки. Почему это происходит? Ответ: Вода смачивает мел, входит в его поры и вытесняет из них воздух. 3 Вопрос: Куда девается мыльная пленка, когда она лопается? Ответ: Пленка собирается в капельку, которая из-за малой толщины пленки имеет очень малый диаметр.

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Задача 1. Для измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости используется тонкое проволочное кольцо диаметром D, подвешенное к пружине. Отмечают растяжение пружины на расположенной рядом с ней шкале. Пружина при этом растягивается. Кольцо опускают в сосуд с водой. После этого сосуд медленно опускают. Вторую отметку на шкале делают в момент отрыва кольца от поверхности воды. Кольцо изготовлено из проволоки, диаметр которой равен d. Когда кольцо подвесили к пружине, пружина увеличила свою длину на величину x0. Необходимо вывести уравнение для расчета коэффициента поверхностного натяжения жидкости. F пов. натяж. = F упр. F пов. натяж. = 2 σL. L = π D (проволока тонкая). F упр. = k Δ x. P = k x 0. Вес кольца P = mg. Масса кольца m = r V. Объем металла в кольце V = S L. Площадь поперечного сечения кольца S = p. Решение:

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Задача 2 Из пипетки с выходным отверстием диаметром d накапали N капель жидкости, общая масса которых M. Чему равен коэффициент поверхностного натяжения жидкости? Если жидкость медленно вытекает из пипетки, то на ее нижнем конце образуется капля. Капля отрывается после того, как сила тяжести, действующая на каплю, сравняется с силой поверхностного натяжения, которая также действует на каплю вдоль длины окружности конца пипетки. F тяж. = F пов. натяж. Сила тяжести, действующая на одну каплю F тяж. = mg. Масса одной капли m равна отношению массы N капель к их числу: m =. Сила поверхностного натяжения равна F пов. натяж.=σL. Длина окружности L = π d. Решение:

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Задача 3 N очень маленьких шарообразных капелек ртути сливаются в одну ббольшую каплю, также имеющую шарообразную форму. Как изменится температура ртути? При слиянии множества капелек ртути в одну ббольшую каплю уменьшается площадь ее поверхности. Соответственно, уменьшается поверхностная энергия. Если изменение поверхностной энергии полностью пойдет на увеличение внутренней энергии ртути, то температура ббольшой капли по сравнению с маленькими каплями увеличится. Таким образом: Q = ΔU. Количество теплоты, необходимое для нагревания ртути равно Q = c m Δt. Изменение поверхностной энергии капли ΔU = σΔS. Масса всей ртути m = ρV. Объем ббольшой капли V =. Изменение площади поверхности ртути в результате объединения капель S = N Sмал. - Sббольш. Площадь поверхности малой капли S мал. = 4π r 2. Площадь поверхности ббольшой капли Sб больш. = 4π R 2. Связь между радиусами ббольшой и малой капель можно установить исходя из того, что при слиянии капель объем ртути не изменяется: V ббольш. = N V мал. Или: Решение:

Учитель физики МОУ «Тотемская СОШ 1» Семакова Н. В. Задача 1 Какова плотность жидкости, если она поднялась по капиллярной трубке диаметром 1 мм на высоту 1,1 см? Коэффициент поверхностного натяжения данной жидкости 22 мН/м. Задача 2 Какую работу надо совершить, чтобы надуть мыльный пузырь радиусом 10 см? Коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора 40 мН/м. Задачи для самостоятельного решения 1. Измерьте коэффициент поверхностного натяжения воды тремя различными методами: а) методом отрыва проволочного контура от поверхности воды с помощью чувствительного динамометра; б) методом капель; в) с помощью капилляров. 2. Исследуйте зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от ее температуры. 3. Измерьте коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора и сравните его с коэффициентом поверхностного натяжения воды. Экспериментальные задания