Поверхностное натяжение и смачивание.

Поверхностное натяжение.

По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между реальными газами и твердыми телами. Жидкости текут, т. е. не сохраняют свою форму при наличии внешних сил, но подобно твердым телам жидкости хорошо сохраняют свой объём.

На границе с газом жидкости образуют свободную поверхность. Поверхностный слой жидкости, имеющий толщину, равную радиусу сферы молекулярного действия (10^{-9 м) обладает особыми свойствами. Поверхностный слой жидкости ведет себя подобно растянутой резиновой плёнке, т. е. стремится сократить площадь своей поверхности до минимальных размеров, возможных при данном объёме. Причиной этого является неодинаковость условий, в которых находятся молекула внутри жидкости и на её поверхности. Равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся внутри жидкости, со стороны соседних молекул равна нуля. Равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся у поверхностного слоя направлена внутрь жидкости (к центру масс). Поэтому каждая молекула поверхностного слоя стремится уйти внутрь жидкости, тем самым, уменьшив площадь свободной поверхности. Этот эффект и называют поверхностным натяжением.}

При заданном объёме тела минимальную поверхность имеет шар. Поэтому жидкость при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара (например, в невесомости).

Чтобы увеличить площадь свободной поверхности жидкости придется приложить некоторое усилие, а это значит, что в поверхностном слое жидкости действует некоторая сила, препятствующая этому. Эту силу называют силой поверхностного натяжения (F_п).

Эта сила направлена по касательной к поверхности жидкости в данной точке.

Пусть L длина некоторого контура находящегося в поверхностном слое.

Тогда: F_п = σL – сила поверхностного натяжения, где σ – коэффициент поверхностного натяжения данной жидкости. L – длина контура, который ограничивает площадь свободной поверхности жидкости и на который действует сила поверхностного натяжения.

σ = F_п/L [σ]_си = Н/м σ – показывает, какая сила поверхностного натяжения действует на единичный отрезок контура, ограничивающего площадь свободной поверхности жидкости.
σ зависит:

1. От рода жидкости
2. От температуры жидкости. С ростом температуры σ уменьшается
3. От наличия в жидкости примесей. Вещества, уменьшающие силу поверхностного натяжения данной жидкости, называются поверхностно-активными. Например, для воды – это спирт, мыло, стиральный порошок. Сахарный песок, растворённый в воде, увеличивает её поверхностное натяжение.

Благодаря силе поверхностного натяжения на поверхности воды держатся водомерки, капля росы имеет сферическую форму.

Смачивание.

В зависимости от характера взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела наблюдается явление смачивания и не смачивания.

Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела (F_ж-т) больше чем сила притяжения между молекулами жидкости (F_ж), то данная жидкость смачивает тело.

Например: вода смачивает стекло, т. к. F_в-с > F_в

При этом:1. Если жидкость находится на поверхности тела, то она растекается по нему.

2.Если жидкость находится в узком сосуду (капилляре), то она образует вогнутую поверхность(вогнутый мениск)

3.Если жидкость находится в широком сосуде, то она образует вогнутую поверхность у краёв сосуда.

При смачивании Θ (тэта) – краевой угол (угол смачивания), острый.

Краевой угол - это угол между поверхностью твердого тела и касательной, проведенной к поверхности жидкости в точке её соприкосновения с твердым телом (отсчёт угла ведут от касательной до поверхности твёрдого тела).

Если краевой угол Θ = 0, смачивание является полным (идеальным).

Капиллярность.

Капилляром называют трубку небольшого диаметра. Смачивающая жидкость поднимается по капилляру выше уровня жидкости в сосуде, а не смачивающая находится ниже уровня жидкости в сосуде.

h = 2σ /ρgr - высота поднятия(опускания) жидкости в капилляре при полном смачивании или не полном не смачивании.

Чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъёма жидкости в капилляре.

Хорошей капиллярностью обладает хлопчатобумажная ткань, слежавшаяся земля, ствол дерева и растения, много капиллярных кровеносных сосудов в теле человека.

3.Решите задачу: индуктивность катушки равна 4 Гн, а емкость конденсатора равна 4 мкФ. Определите период и частоту свободных колебаний.

Решение: по формуле Томсона для электромагнитных колебаний период Т=2pÖLC,w= 2p/Т.

Подставляя данные, получаем Т= 25,12 мс, w=250 рад/с.

Билет №19