Tensiunea superficială a unui lichid este scurtă. Tensiune de suprafata

Definiția 1

Tensiunea superficială - o rafală de lichid pentru a-și reduce propria suprafață liberă, adică pentru a reduce excesul de energie potențială la limita de separare cu faza gazoasă.

Nu numai corpurile fizice solide sunt echipate cu caracteristici elastice, ci și suprafața lichidului în sine. Toată lumea din viața sa a văzut cum un film cu săpun este întins cu o ușoară suflare de bule. Forțele de tensiune superficială care se dezvoltă în pelicula de săpun captează aerul pentru o anumită perioadă de timp, similar cu modul în care un tub de cauciuc întins stochează aerul într-o minge de fotbal.

Tensiunea superficială apare la interfața dintre fazele principale, de exemplu, gazoase și lichide, sau lichide și solide. Acest lucru se datorează direct faptului că particulele elementare ale stratului de suprafață ale unui lichid experimentează întotdeauna diferite forțe de atracție din interior și din exterior.

Procesul fizic specificat poate fi considerat folosind exemplul unei picături de apă, în care lichidul se mișcă singur ca și cum ar fi într-o carcasă elastică. Aici, atomii stratului de suprafață al unei substanțe lichide sunt atrași de vecinii lor interni mai puternic decât de particulele de aer externe.

În general, tensiunea superficială poate fi explicată ca o lucrare infinitesimală sau elementară $ \\ sigma A $, care trebuie făcută pentru a crește suprafața totală a lichidului cu o cantitate infinit de mică $ dS $ la o temperatură constantă $ dt $ .

Mecanismul tensiunii superficiale în lichide

Figura 2. Scalar pozitiv. Author24 - schimb online de lucrări studențești

Un lichid, spre deosebire de solide și gaze, nu este capabil să umple întregul volum al vasului în care a fost plasat. O anumită interfață se formează între vapori și substanța lichidă, care acționează în condiții speciale în comparație cu o altă masă de lichid. Luați în considerare, pentru un exemplu mai ilustrativ, două molecule $ A $ și $ B $. Particula $ A $ se află în interiorul lichidului în sine, molecula $ B $ este direct pe suprafața sa. Primul element este înconjurat uniform de alți atomi ai lichidului, prin urmare, forțele care acționează asupra moleculei din particulele care cad în sfera interacțiunii intermoleculare sunt întotdeauna compensate sau, cu alte cuvinte, puterea lor rezultantă este zero.

Molecula $ B $ este încadrată, pe de o parte, de molecule lichide și, pe de altă parte, de atomi de gaz, a căror concentrație totală este semnificativ mai mică decât uniunea particulelor lichide elementare. Deoarece asupra moleculei $ B $ acționează mult mai multe molecule din partea lichidului decât din partea gazului ideal, nu mai este posibil să se echivaleze rezultatul tuturor forțelor intermoleculare la zero, deoarece acest parametru este direcționat în interiorul volumului a substanței. Astfel, pentru ca o moleculă să ajungă în stratul de suprafață de la adâncimea lichidului, ar trebui să se lucreze împotriva forțelor necompensate. Acest lucru înseamnă că atomii nivelului aproape de suprafață, în comparație cu particulele din interiorul lichidului, sunt echipați cu exces de energie potențială, numită energie de suprafață.

Coeficientul de tensiune superficială

Figura 3. Stresul suprafeței. Author24 - schimb online de lucrări studențești

Definiția 2

Coeficientul de tensiune superficială este un indicator fizic care caracterizează un anumit lichid și este numeric egal cu raportul dintre energia de suprafață și aria totală a mediului liber al lichidului.

În fizică, unitatea de bază pentru măsurarea coeficientului de tensiune superficială în conceptul SI este (N) / (m).

Valoarea specificată depinde în mod direct de:

natura lichidului (pentru „elemente volatile precum alcoolul, eterul, benzina, coeficientul tensiunii superficiale este mult mai mic decât cel al„ non-volatilului - mercur, apă);
temperatura substanței lichide (cu cât temperatura este mai mare, cu atât tensiunea superficială finală este mai mică);
proprietățile unui gaz ideal care se învecinează cu un lichid dat;
prezența unor agenți tensioactivi stabili, cum ar fi praf de spălat sau săpun, care pot reduce tensiunea superficială.

Observația 1

De asemenea, trebuie remarcat faptul că parametrul tensiunii superficiale nu depinde de aria inițială a mediului liber al lichidului.

De asemenea, din mecanică se știe că stările neschimbate ale sistemului corespund întotdeauna cu valoarea minimă a energiei sale interne. Ca urmare a acestui proces fizic, un corp lichid ia adesea o formă cu o suprafață minimă. Dacă lichidul nu este afectat de forțe străine sau acțiunea lor este extrem de mică, elementele sale au forma unei sfere sub forma unei picături de apă sau a unei bule de săpun. Apa începe să se comporte într-un mod similar în timp ce se află în gravitație zero. Fluidul se mișcă de parcă ar exista factori care reduc acest mediu tangențial la suprafața sa principală. Aceste forțe se numesc forțe de tensiune superficială.

În consecință, coeficientul de tensiune superficială poate fi de asemenea determinat ca modul principal al forței de tensiune superficială, care acționează în general pe unitate de lungime a conturului inițial care limitează mediul liber al lichidului. Prezența acestor parametri face ca suprafața unei substanțe lichide să fie similară cu o peliculă elastică întinsă, cu singura diferență că forțele invariabile din film depind în mod direct de zona sistemului său, iar forțele de tensiune superficială în sine sunt capabile să munca independenta. Dacă puneți un ac mic de cusut pe suprafața apei, suprafața se va îndoi și va împiedica înecarea.

Acțiunea unui factor extern poate descrie alunecarea insectelor ușoare, cum ar fi pasagerii de apă, pe întreaga suprafață a corpurilor de apă. Piciorul acestor artropode deformează suprafața apei, mărind astfel suprafața acesteia. Rezultatul este o forță de tensiune superficială care tinde să reducă o astfel de schimbare de zonă. Forța rezultată va fi întotdeauna direcționată exclusiv în sus, compensând în același timp efectul gravitației.

Rezultatul acțiunii tensiunii superficiale

Sub influența tensiunii superficiale, cantități mici de fluide tind să capete o formă sferică care va corespunde în mod ideal celui mai mic mediu. Abordarea configurației sferice se realizează cu atât mai mult, cu cât forțele de greutate inițiale sunt mai slabe, deoarece în picături mici forța de tensiune superficială este mult mai mare decât efectul gravitației.

Tensiunea superficială este considerată una dintre cele mai importante caracteristici ale interfețelor. Afectează în mod direct formarea particulelor fine de corpuri fizice și lichide în timpul separării lor, precum și fuziunea elementelor sau a bulelor în ceați, emulsii, spume și procese de aderență.

Observația 2

Tensiunea superficială stabilește forma viitoarelor celule biologice și a părților lor principale.

O schimbare a forței acestui proces fizic afectează fagocitoza și procesele de respirație alveolară. Datorită acestui fenomen, substanțele poroase pot reține pentru o lungă perioadă de timp o cantitate uriașă de lichid chiar și din vaporii de aer. uzual. Prin aceste procese se determină creșterea apei în sol, de-a lungul sistemului radicular al plantelor, mișcarea fluidelor biologice prin sistemul de tubuli mici și vase de sânge.

Această lecție va discuta fluidele și proprietățile acestora. Din punctul de vedere al fizicii moderne, lichidele sunt cel mai dificil subiect de cercetare, deoarece, comparativ cu gazele, nu se mai poate vorbi despre o energie de interacțiune neglijabilă între molecule și, comparativ cu solidele, nu se poate vorbi despre o dispunere ordonată a lichidului molecule (nu există o ordine pe termen lung într-un lichid) ... Acest lucru duce la faptul că lichidele au o serie de proprietăți interesante și manifestările lor. O astfel de proprietate va fi discutată în această lecție.

Pentru început, să discutăm proprietățile speciale pe care le posedă moleculele stratului de suprafață aproape de un lichid în comparație cu moleculele din vrac.

Figura: 1. Diferența dintre moleculele stratului aproape de suprafață și moleculele din volumul lichidului

Luați în considerare două molecule A și B. Molecula A se află în interiorul lichidului, molecula B se află pe suprafața sa (Fig. 1). Molecula A este înconjurată uniform de alte molecule lichide, prin urmare, forțele care acționează asupra moleculei A din partea moleculelor care cad în sfera interacțiunii intermoleculare sunt compensate sau rezultatul lor este zero.

Ce se întâmplă cu molecula B, care se află la suprafața lichidului? Amintiți-vă că concentrația moleculelor de gaz deasupra lichidului este mult mai mică decât concentrația moleculelor de lichid. Molecula B este înconjurată de o parte de molecule lichide, iar de cealaltă parte de molecule de gaz foarte rarefiate. Deoarece mai multe molecule acționează asupra ei din partea lichidului, rezultanta tuturor forțelor intermoleculare va fi direcționată în lichid.

Astfel, pentru ca o moleculă de la adâncimea lichidului să pătrundă în stratul de suprafață, trebuie lucrat împotriva forțelor intermoleculare necompensate.

Amintiți-vă că munca este o schimbare a energiei potențiale, luată cu un semn minus.

Aceasta înseamnă că moleculele stratului de suprafață, în comparație cu moleculele din interiorul lichidului, au exces de energie potențială.

Această energie în exces este o componentă a energiei interne a lichidului și se numește energia de suprafață... Se notează ca și se măsoară, ca orice altă energie, în jouli.

Evident, cu cât suprafața lichidului este mai mare, cu atât sunt mai multe molecule care au energie potențială în exces și, prin urmare, cu atât este mai mare energia de suprafață. Acest fapt poate fi scris ca următorul raport:

unde este suprafața și este coeficientul de proporționalitate, pe care îl vom numi coeficientul de tensiune superficială, acest coeficient caracterizează unul sau alt lichid. Să notăm o definiție strictă a acestei cantități.

Tensiunea superficială a unui lichid (coeficientul de tensiune superficială a unui lichid) este o mărime fizică care caracterizează un lichid dat și este egală cu raportul dintre energia de suprafață și suprafața lichidului

Coeficientul de tensiune superficială se măsoară în newtoni pe metru.

Să discutăm ce determină coeficientul de tensiune superficială a unui lichid. Pentru început, amintiți-vă că coeficientul de tensiune superficială caracterizează energia de interacțiune specifică a moleculelor, ceea ce înseamnă că factorii care modifică această energie vor schimba și coeficientul de tensiune superficială al unui lichid.

Deci, coeficientul de tensiune superficială depinde de:

1. Natura lichidului (lichidele „volatile”, cum ar fi eterul, alcoolul și benzina, au tensiune superficială mai mică decât cele „nevolatile” - apă, mercur și metale lichide).

2. Temperaturi (cu cât temperatura este mai mare, cu atât tensiunea superficială este mai mică).

3. Prezența surfactanților care reduc tensiunea superficială (surfactant), cum ar fi săpun sau pulbere de spălat.

4. Proprietățile gazului adiacente lichidului.

Rețineți că coeficientul de tensiune superficială nu depinde de suprafața suprafeței, deoarece pentru o moleculă luată separat, aproape de suprafață, este absolut neimportant câte dintre aceleași molecule sunt în jur. Acordați atenție tabelului, care arată coeficienții de tensiune superficială ai diferitelor substanțe, la o temperatură:

Tabelul 1. Coeficienții tensiunii superficiale a lichidelor la interfața cu aerul, la

Deci, moleculele stratului apropiat de suprafață au un exces de energie potențială în comparație cu moleculele din masa lichidului. În cursul mecanicii, s-a arătat că orice sistem tinde la un minim de energie potențială. De exemplu, un corp aruncat de la o anumită înălțime va tinde să cadă în jos. În plus, te simți mult mai confortabil culcat, deoarece în acest caz centrul de masă al corpului tău este situat cât mai jos posibil. La ce duce dorința de a-și reduce energia potențială în cazul unui lichid? Deoarece energia de suprafață depinde de suprafața, este dezavantajos din punct de vedere energetic ca orice lichid să aibă o suprafață mare. Cu alte cuvinte, într-o stare liberă, lichidul va tinde să-și facă suprafața minimă.

Acest lucru este ușor de verificat prin experimentarea cu folie de săpun. Dacă scufundați un cadru de sârmă într-o soluție cu săpun, se va forma un film cu săpun pe acesta, iar filmul va lua o formă astfel încât suprafața sa este minimă (Fig. 2).

Figura: 2. Cifre din soluția de săpun

Este posibil să se verifice existența forțelor de tensiune superficială utilizând un experiment simplu. Dacă un fir este legat de inelul de sârmă în două locuri, astfel încât lungimea firului să fie puțin mai mare decât lungimea coardei care leagă punctele de atașare a firului, iar inelul de sârmă este scufundat într-o soluție cu săpun ( Fig.3a), pelicula de săpun va strânge întreaga suprafață a inelului și firul se va așeza pe o folie de săpun. Dacă acum rupeți filmul pe o parte a firului, folia de săpun rămasă pe cealaltă parte a firului se va contracta și va strânge firul (Fig. 3b).

Figura: 3. Un experiment pentru detectarea forțelor de tensiune superficială

De ce s-a întâmplat asta? Faptul este că soluția de săpun care rămâne deasupra, adică lichidă, tinde să-și reducă suprafața. Astfel, firul este tras în sus.

Așadar, am fost convinși de existența forței de tensiune superficială. Acum, să învățăm cum să o calculăm. Pentru a face acest lucru, să desfășurăm un experiment de gândire. Puneți un cadru de sârmă în apa cu săpun, una dintre părțile laterale a acestuia fiind mobilă (Fig. 4). Vom întinde pelicula de săpun, acționând cu forța pe partea mobilă a cadrului. Astfel, trei forțe acționează asupra barei transversale - o forță externă și două forțe de tensiune superficială care acționează de-a lungul fiecărei suprafețe a filmului. Folosind a doua lege a lui Newton, putem scrie asta

Figura: 4. Calculul forței de tensiune superficială

Dacă, sub acțiunea unei forțe externe, traversa se deplasează la distanță, atunci această forță externă va face treaba

În mod natural, datorită acestei lucrări, suprafața filmului va crește, ceea ce înseamnă că și energia de suprafață va crește, pe care o putem determina prin coeficientul de tensiune superficială:

La rândul său, schimbarea zonei poate fi determinată după cum urmează:

unde este lungimea părții mobile a cadrului de sârmă. Având în vedere acest lucru, putem scrie că lucrarea forței externe este egală cu

Echivalând laturile din dreapta în (*) și (**), obținem o expresie a forței de tensiune superficială:

Astfel, coeficientul de tensiune superficială este numeric egal cu forța de tensiune superficială, care acționează pe unitate de lungime a liniei care limitează suprafața

Deci, ne-am asigurat încă o dată că lichidul tinde să ia o astfel de formă încât suprafața sa să fie minimă. Se poate arăta că pentru un volum dat, suprafața va fi minimă pentru minge. Astfel, dacă alte forțe nu acționează asupra lichidului sau efectul lor este mic, lichidul va tinde să ia o formă sferică. Deci, de exemplu, apa se va comporta în greutate zero (Fig. 5) sau bule de săpun (Fig. 6).

Figura: 5. Apa în greutate zero

Figura: 6. Bule de săpun

Prezența forțelor de tensiune superficială poate explica, de asemenea, de ce acul metalic „se află” pe suprafața apei (Fig. 7). Un ac care este așezat cu atenție pe o suprafață îl deformează, crescând astfel aria acestei suprafețe. Astfel, apare o forță de tensiune superficială, care tinde să reducă o astfel de schimbare de zonă. Forțele de tensiune rezultate vor fi direcționate în sus și vor compensa forța de greutate.

Figura: 7. Un ac pe suprafața apei

Principiul pipetei poate fi explicat în același mod. Picătura, pe care acționează forța gravitațională, este trasă în jos, crescând astfel suprafața sa. În mod natural, apar forțe de tensiune superficială, a căror rezultat este opus direcției gravitației și care nu permite picăturii să se întindă (Fig. 8). Când apăsați pe capacul de cauciuc al pipetei, creați o presiune suplimentară care ajută gravitația și, ca rezultat, picătura cade în jos.

Figura: 8. Principiul de funcționare a pipetei

Iată un alt exemplu din viața de zi cu zi. Dacă puneți o pensulă într-un pahar cu apă, atunci firele sale de păr vor fi pufoase. Dacă scoateți acum această perie din apă, atunci veți observa că toate firele de păr sunt lipite una de cealaltă. Acest lucru se datorează faptului că suprafața apei care aderă la perie va fi minimă în acest caz.

Și încă un exemplu. Dacă doriți să construiți un castel de nisip uscat, este puțin probabil să reușiți, deoarece nisipul se va prăbuși sub influența gravitației. Cu toate acestea, dacă udați nisipul, acesta își va păstra forma datorită forțelor de tensiune superficială a apei dintre boabele de nisip.

În cele din urmă, observăm că teoria tensiunii superficiale ajută la găsirea unor analogii frumoase și simple atunci când se rezolvă probleme fizice mai complexe. De exemplu, atunci când trebuie să construiți o structură ușoară și în același timp durabilă, fizica a ceea ce se întâmplă în bule de săpun vine în ajutor. Și a fost posibil să se construiască primul model adecvat al nucleului atomic prin compararea acestui nucleu atomic cu o picătură de lichid încărcat.

Lista de referinte

G. Ya. Myakishev, B. B. Buhovtsev, N. N. Sotsky. „Fizica 10”. - M.: Educație, 2008.
Ya. E. Geguzin „Bulele”, Biblioteca Kvant. - M.: Nauka, 1985.
B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky "Fundamentals of Physics" vol. 1.
G. S. Landsberg „Manual elementar de fizică” vol. 1.

Nkj.ru ().
Youtube.com ().
Youtube.com ().
Youtube.com ().

Teme pentru acasă

După ce ați rezolvat problemele pentru această lecție, vă veți putea pregăti pentru întrebările 7,8,9 GIA și întrebările A8, A9, A10 ale examenului.
Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fizică. Colectarea problemelor grad 10 "5,34, 5,43, 5,44, 5,47 ()
Pe baza problemei 5.47, determinați coeficientul de tensiune superficială a soluției de apă și săpun.

Lista întrebărilor și răspunsurilor

Întrebare: De ce tensiunea superficială se schimbă odată cu temperatura?

Răspuns:Pe măsură ce temperatura crește, moleculele lichidului încep să se miște mai repede și, prin urmare, moleculele depășesc mai ușor forțele potențiale de atracție. Acest lucru duce la o scădere a forțelor de tensiune superficială, care sunt forțe potențiale care leagă moleculele stratului aproape de suprafață al lichidului.

Întrebare: Coeficientul de tensiune superficială depinde de densitatea lichidului?

Răspuns:Da, da, pentru că energia moleculelor stratului aproape de suprafață al lichidului depinde de densitatea lichidului.

Întrebare: Care sunt modalitățile de determinare a coeficientului de tensiune superficială a unui lichid?

Răspuns:În cadrul cursului școlar, sunt studiate două metode de determinare a coeficientului de tensiune superficială a unui lichid. Prima este metoda de detașare a firelor, principiul său este descris în problema 5.44 din teme, al doilea este metoda de numărare a picăturilor descrisă în problema 5.47.

Întrebare: De ce bulele de săpun se prăbușesc după un timp?

Răspuns:Faptul este că după un timp, sub influența gravitației, bula devine mai groasă în partea de jos decât în \u200b\u200bpartea de sus și apoi, sub influența evaporării, se prăbușește la un moment dat. Acest lucru duce la faptul că întreaga bulă, ca un balon, se prăbușește sub acțiunea forțelor de tensiune superficială necompensate.

Lichid– o substanță în stare lichidă de agregare, care ocupă o poziție intermediară între o stare solidă și una gazoasă. Principala proprietate a unui lichid care îl deosebește de substanțele din alte stări de agregare este capacitatea de a-și schimba forma la infinit sub influența tensiunilor mecanice tangențiale, chiar în mod arbitrar mici, menținând practic volumul.

Informații generale despre starea lichidă

O stare lichidă este de obicei considerată intermediară între un solid și un gaz: gazul nu păstrează nici volumul, nici forma, în timp ce un solid păstrează ambele.

Forma corpurilor lichide poate fi determinată complet sau parțial de faptul că suprafața lor se comportă ca o membrană elastică. Deci, apa se poate colecta în picături. Dar lichidul este capabil să curgă chiar și sub suprafața sa staționară, iar acest lucru înseamnă, de asemenea, nepăstrarea formei (a părților interne ale corpului lichidului).

Moleculele lichide nu au o poziție definită, dar în același timp libertatea deplină de mișcare nu le este disponibilă. Există o atracție între ele, suficient de puternică pentru a le ține aproape.

O substanță în stare lichidă există într-un anumit interval de temperatură, sub care trece într-o stare solidă (cristalizare sau transformare într-o stare amorfă în stare solidă - sticlă), deasupra - în stare gazoasă (are loc evaporarea). Limitele acestui interval depind de presiune.

De regulă, o substanță în stare lichidă are o singură modificare. (Cele mai importante excepții sunt lichidele cuantice și cristalele lichide.) Prin urmare, în majoritatea cazurilor, un lichid nu este doar o stare agregată, ci și o fază termodinamică (faza lichidă).

Toate lichidele sunt de obicei împărțite în lichide pure și amestecuri. Unele amestecuri de lichide sunt foarte importante pentru viață: sânge, apă de mare etc. Lichidele pot funcționa ca solvenți.

Proprietățile fizice ale lichidelor

1 ).Fluiditate

Principala proprietate a lichidelor este fluiditatea. Dacă o forță externă este aplicată unei secțiuni a unui lichid în echilibru, atunci se produce un flux de particule lichide în direcția în care se aplică această forță: lichidul curge. Astfel, sub influența forțelor externe dezechilibrate, lichidul nu păstrează forma și poziția relativă a pieselor și, prin urmare, ia forma vasului în care este situat.

Spre deosebire de solidele din plastic, un lichid nu are punct de randament: este suficient să se aplice o forță externă arbitrar mică pentru ca lichidul să curgă.

2).Conservarea volumului

Una dintre proprietățile caracteristice ale unui lichid este că are un anumit volum (în condiții externe constante). Lichidul este extrem de dificil de comprimat mecanic deoarece, spre deosebire de gaz, există foarte puțin spațiu liber între molecule. Presiunea exercitată asupra unui lichid închis într-un vas este transmisă fără modificări în fiecare punct al volumului acestui lichid (legea lui Pascal este valabilă și pentru gaze). Această caracteristică, împreună cu o compresibilitate foarte mică, este utilizată la mașinile hidraulice.

Lichidele se extind de obicei (se extind) la încălzire și se contractă (se contractă) la răcire. Cu toate acestea, există excepții, de exemplu, apa se comprimă atunci când este încălzită, la presiune normală și temperaturi de la aproximativ la.

3).Viscozitate

În plus, lichidele (precum gazele) sunt vâscoase. Este definită ca abilitatea de a rezista mișcării unei părți față de alta - adică ca fricțiune internă.

Atunci când straturile adiacente de lichid se mișcă unul față de celălalt, apar inevitabil coliziuni de molecule în plus față de cele cauzate de mișcarea termică. Apar forțe care inhibă mișcarea ordonată. În acest caz, energia cinetică a mișcării ordonate este convertită în energia termică a mișcării haotice a moleculelor.

Lichidul din vas, pus în mișcare și lăsat singur, se va opri treptat, dar temperatura acestuia va crește.

4).Miscibilitate

Miscibilitate - capacitatea lichidelor de a se dizolva una în cealaltă. Un exemplu de lichide miscibile: apă și alcool etilic, un exemplu de nemiscibil: apă și ulei lichid.

5).Formarea suprafeței libere și tensiunea superficială

Datorită conservării volumului, lichidul este capabil să formeze o suprafață liberă. O astfel de suprafață este interfața dintre fazele unei substanțe date: pe de o parte există o fază lichidă, pe de altă parte - un gaz (vapori) și, eventual, alte gaze, de exemplu, aerul.

Dacă fazele lichide și gazoase ale aceleiași substanțe vin în contact, apar forțe care tind să reducă suprafața interfeței - forțele de tensiune superficială. Interfața se comportă ca o membrană elastică care tinde să se contracte.

6).Valuri de densitate

Deși lichidul este extrem de dificil de comprimat, totuși, atunci când presiunea se schimbă, volumul și densitatea acestuia se schimbă în continuare. Nu se întâmplă peste noapte; deci, dacă o secțiune este comprimată, atunci o astfel de compresie este transmisă către alte secțiuni cu o întârziere. Aceasta înseamnă că undele elastice, mai precis undele de densitate, se pot propaga în interiorul fluidului. Împreună cu densitatea, se modifică și alte mărimi fizice, de exemplu, temperatura.

Dacă în timpul propagării unei unde, densitatea se schimbă destul de slab, o astfel de undă se numește undă sonoră sau sunet.

Dacă densitatea se schimbă suficient de puternic, atunci o astfel de undă se numește undă de șoc. Unda de șoc este descrisă prin alte ecuații.

Undele de densitate dintr-un lichid sunt longitudinale, adică densitatea se schimbă de-a lungul direcției de propagare a undelor. Nu există unde elastice transversale în lichid din cauza neconservării formei.

Undele elastice într-un lichid se descompun în timp, energia lor se transformă treptat în energie termică. Motivele atenuării sunt vâscozitatea, „absorbția clasică”, relaxarea moleculară și altele. În același timp, funcționează așa-numita a doua sau vâscozitate în vrac - frecare internă cu o schimbare a densității. Unda de șoc, ca urmare a atenuării, după un timp trece într-o undă sonoră.

Undele elastice dintr-un lichid sunt, de asemenea, supuse împrăștierii prin neomogenități rezultate din mișcarea termică haotică a moleculelor.

Structura lichidelor

Studiile experimentale ale stării lichide a materiei, bazate pe observarea difracției de raze X și a fluxurilor de neutroni în timp ce trec prin mediul lichid, au constatat prezența comandă pe termen scurt, adică prezența unui anumit ordin în aranjarea particulelor doar la o distanță mică de orice poziție selectată (Fig. 140).

Aranjamentul reciproc al particulelor vecine în lichide este similar cu aranjamentul ordonat al particulelor vecine în cristale. Cu toate acestea, această comandă în lichide este observată numai în volume mici. La distanțe: de la o anumită moleculă „centrală” selectată, este încălcată ordonarea (diametrul efectiv al moleculei). O astfel de ordonare în aranjarea particulelor în lichide se numește ordine pe termen scurt .

Datorită absenței comenzilor pe termen lung, lichidele, cu câteva excepții, nu prezintă anizotropia caracteristică cristalelor. Din acest motiv, structura unui lichid este uneori numită cvasicristalină sau asemănătoare cristalului. .

Pentru prima dată, ideea apropierii unor proprietăți ale lichidelor (în special metalelor topite) și a solidelor cristaline a fost exprimată și apoi dezvoltată în lucrările fizicianului sovietic Ya.I. Frenkel din anii 1930 - 1940. Potrivit opiniilor lui Frenkel, care au primit acum recunoaștere universală, mișcarea termică a atomilor și moleculelor dintr-un lichid constă din vibrații neregulate cu o frecvență medie apropiată de frecvența vibrațiilor atomilor din corpurile cristaline. Centrul vibrațiilor este determinat în acest caz de câmpul de forțe al particulelor vecine și se deplasează împreună cu deplasările acestor particule.

Într-un mod simplificat, o astfel de mișcare termică poate fi reprezentată ca suprapunerea de salturi relativ rare de particule de la o poziție de echilibru temporară la altele și oscilații termice în intervalele dintre salturi. Se numește timpul mediu de ședere „stabilizată” a unei molecule de lichid în apropierea unei anumite poziții de echilibru timp de relaxare.După scurgerea timpului, molecula își schimbă locul de echilibru, mutându-se brusc într-o nouă poziție, distanțată față de cea anterioară de o distanță de ordinul mărimii moleculelor în sine. Astfel, molecula se mișcă încet în interiorul lichidului. Odată cu creșterea temperaturii, timpul scade, mobilitatea moleculelor va crește, ceea ce implică o scădere a vâscozității lichidelor (fluiditatea crește). Conform expresiei figurative a lui Ya.I. Frenkel, moleculele rătăcesc pe întregul volum de lichid, ducând la un stil de viață nomad, în care călătoriile pe termen scurt sunt înlocuite de perioade relativ lungi de viață sedentară.

Solidele amorfe (sticlă, rășini, bitum etc.) pot fi considerate lichide supraîncălzite, ale căror particule au o mobilitate limitată datorită vâscozității mult crescute.

Datorită ordonării reduse a stării lichide, teoria lichidului este mai puțin dezvoltată decât teoria gazelor și a solidelor cristaline. Nu există încă o teorie completă a fluidului.

Un tip special de lichid sunt unii compuși organici constând din molecule alungite sau în formă de disc sau așa-numitele cristale lichide. Interacțiunea dintre molecule în astfel de fluide tinde să alinieze axele lungi ale moleculelor într-o ordine specifică. La temperaturi ridicate, mișcarea termică inhibă acest lucru, iar substanța este un lichid obișnuit. La temperaturi sub valoarea critică, apare o direcție preferată în lichid și apare o ordine orientativă pe termen lung. Deși păstrează principalele caracteristici ale unui lichid, de exemplu, fluiditatea, cristalele lichide au proprietățile caracteristice cristalelor solide - anizotropia proprietăților magnetice, electrice și optice. Aceste proprietăți (împreună cu fluiditatea) găsesc numeroase aplicații tehnice, de exemplu, în ceasuri electronice, calculatoare, telefoane mobile, precum și în monitoare de computer personal, televizoare, ca indicatori, afișaje și ecrane pentru afișarea informațiilor digitale, alfabetice și analogice.

Tensiune de suprafata

Cea mai interesantă caracteristică a lichidelor este prezența suprafata libera... Asociat cu suprafața lichidului energie gratisproporțional cu aria suprafeței libere a lichidului :. Deoarece energia liberă a unui sistem izolat tinde la minim, lichidul (în absența câmpurilor externe) tinde să ia o formă care are o suprafață minimă. Astfel, problema formei unui lichid este redusă la o problemă isoperimetrică în condiții suplimentare date (distribuție inițială, volum etc.). O picătură liberă ia forma unei sfere; totuși, în condiții mai dificile, problema formei suprafeței lichidului devine extrem de dificilă.

Lichidul, spre deosebire de gaze, nu umple întregul volum al vasului în care este turnat. Între lichid și gaz (sau vapori), se formează o interfață, care se află în condiții speciale în comparație cu restul masei lichide. Moleculele din stratul limită al unui lichid, spre deosebire de moleculele din adâncimea sa, nu sunt înconjurate de alte molecule ale aceluiași lichid din toate părțile. Forțele interacțiunii intermoleculare care acționează asupra uneia dintre moleculele din interiorul lichidului din partea moleculelor vecine sunt, în medie, compensate reciproc (Fig. 141).

Dar toate moleculele, inclusiv cele ale stratului limită, trebuie să fie în echilibru. Acest echilibru se realizează datorită unei ușoare scăderi a distanței dintre moleculele stratului de suprafață și vecinii lor cei mai apropiați din interiorul lichidului. Odată cu scăderea distanței dintre molecule, apar forțe respingătoare. Moleculele stratului de suprafață sunt ambalate ceva mai dens și, prin urmare, au un depozit suplimentar de energie potențială în comparație cu moleculele interioare. Prin urmare, moleculele stratului de suprafață ale unui lichid au un exces de energie potențială în comparație cu moleculele din interiorul lichidului egal cu energia liberă. Astfel, energia potențială a suprafeței lichide este proporțională cu aria sa :.

Din mecanică se știe că stările de echilibru ale unui sistem corespund valorii minime a energiei sale potențiale, adică suprafața liberă a lichidului tinde să-și reducă aria. Fluidul se comportă ca și cum forțele acționează tangențial la suprafața sa, reducând (trăgând) această suprafață. Aceste forțe sunt numite forțele de tensiune superficială .

Textul operei este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Introducere

În lumea care ne înconjoară, alături de gravitație, elasticitate și frecare, există o altă forță la care de obicei nu suntem atenți. Această forță acționează de-a lungul tangentei la suprafețele tuturor fluidelor. Forța care acționează de-a lungul suprafeței lichidului perpendicular pe linia care limitează această suprafață, tinde să o reducă la minimum, se numește forța de tensiune superficială... Este relativ mic și nu are niciodată efecte puternice. Cu toate acestea, nu putem turna apă într-un pahar, nu putem face nimic cu niciun lichid fără a activa forțele de tensiune superficială. Suntem atât de obișnuiți cu efectele numite tensiune superficială încât nu le observăm. Manifestările tensiunii superficiale a unui lichid în natură și tehnologie sunt surprinzător de diverse. În natură și în viața noastră, ei joacă un rol important. Fără ele, nu am fi capabili să scriem cu pixuri cu heliu, cartușele din imprimante ar pune imediat o mare pete, golind întregul nostru rezervor. Ar fi imposibil să vă spălați mâinile - spuma nu s-ar forma. O ploaie ușoară ne-ar fi udat chiar și curcubeul nu ar fi vizibil pe nicio vreme. Tensiunea superficială colectează apa în picături, iar tensiunea superficială permite suflarea bulei. Folosind regula „În timp pentru a fi surprins” de profesorul belgian Plateau pentru cercetători, vom lua în considerare experimente neobișnuite în această lucrare.

Scopul lucrării: verificați experimental manifestările tensiunii superficiale a unui lichid, determinați coeficientul tensiunii superficiale a lichidelor prin metoda de scădere

Studiați literatura educațională, știința populară, folosiți materiale pe internet pe tema „Tensiunea superficială”;

face experimente care demonstrează că forma adecvată a unui lichid este o minge;

să experimenteze cu tensiunea superficială în scădere și creștere;

să proiecteze și să asambleze o configurație experimentală cu care să se determine coeficientul de tensiune superficială a unor lichide prin metoda de scădere.

prelucrați datele primite și trageți o concluzie.

Obiectul cercetării: lichide.

Parte principală. Tensiune de suprafata

Fig 1.G. Galilei

Numeroase observații și experimente arată că un lichid poate lua o formă în care suprafața sa liberă are cea mai mică suprafață. În tendința sa de a se contracta, pelicula de suprafață ar da lichidului o formă sferică, dacă nu ar fi atracția către Pământ. Cu cât picătura este mai mică, cu atât joacă forțele de tensiune superficială. Prin urmare, picături mici de rouă pe frunzele copacilor, pe iarbă sunt aproape în formă de bilă, cu cădere liberă picăturile de ploaie sunt aproape strict sferice. Tendința lichidului de a se contracta la un minim posibil poate fi observată în multe fenomene care par surprinzătoare. Chiar și Galileo s-a gândit la întrebarea: de ce picăturile de rouă, pe care le-a văzut dimineața pe frunzele de varză, iau o formă sferică? Afirmația potrivit căreia un lichid nu are o formă proprie se dovedește a fi inexactă. Forma adecvată a lichidului este o minge, ca formă cea mai capabilă. Moleculele unei substanțe în stare lichidă sunt situate aproape aproape una de cealaltă. Spre deosebire de solidele cristaline, în care moleculele formează structuri ordonate pe întregul volum al cristalului și pot efectua vibrații termice în jurul centrelor fixe, moleculele lichide au o libertate mai mare. Fiecare moleculă lichidă, precum și într-un solid, este „prinsă” pe toate părțile de molecule vecine și efectuează vibrații termice în jurul unei anumite poziții de echilibru. Cu toate acestea, din când în când, orice moleculă se poate deplasa într-un loc liber adiacent. Astfel de salturi în lichide apar destul de frecvent; prin urmare, moleculele nu sunt atașate de centre specifice, ca în cristale, și se pot deplasa pe tot volumul lichidului. Acest lucru explică fluiditatea lichidelor. Datorită interacțiunii puternice dintre moleculele distanțate, ele pot forma grupuri ordonate locale (instabile) care conțin mai multe molecule. unu

Fig 2. Un exemplu de ordine pe termen scurt a moleculelor lichide și ordinea pe termen lung a moleculelor unei substanțe cristaline: 1 - apă; 2 - gheață

Cum puteți explica contracția spontană a suprafeței lichidului? Moleculele de pe suprafață și din adâncimea lichidului se află în condiții diferite. Fiecare moleculă din interiorul lichidului este influențată de forțele de atracție din partea moleculelor vecine care o înconjoară din toate părțile. Rezultatul acestor forțe este zero. Deasupra suprafeței lichidului există vapori, a căror densitate este de multe ori mai mică decât densitatea lichidului, iar interacțiunea moleculelor de vapori cu moleculele lichide poate fi neglijată. Moleculele care se află pe suprafața lichidului sunt atrase numai de moleculele care se află în interiorul lichidului. Sub acțiunea acestor forțe, moleculele stratului de suprafață sunt trase spre interior, numărul de molecule de pe suprafață scade și suprafața scade. Dar nu toate moleculele pot scăpa de la suprafață în lichid, acest lucru este împiedicat de forțele de respingere care apar atunci când distanța dintre molecule scade. La anumite distanțe dintre moleculele trase în interior și moleculele de sub suprafață, forțele de interacțiune devin egale cu zero, procesul de contracție a suprafeței se oprește. Numărul de molecule rămâne la suprafața la care aria sa este minimă pentru un anumit volum de lichid. Deoarece lichidul este fluid, acesta ia o formă în care numărul de molecule de pe suprafață este minim, iar suprafața minimă pentru un anumit volum are o bilă, adică o picătură de lichid ia o formă apropiată de una sferică. cel mai simplu mod de a prinde natura forțelor de tensiune superficială este de a observa formarea unei picături. Uită-te cu atenție la modul în care picătura crește treptat, se formează o îngustare - un gât - și picătura se rupe. Nu este nevoie de multă imaginație pentru a-ți imagina că apa este, parcă, închisă într-o pungă elastică, iar această pungă se rupe când greutatea își depășește puterea. În realitate, desigur, nu există altceva decât apă într-o picătură, dar stratul de suprafață al apei în sine se comportă ca un film elastic întins. Aceeași impresie este produsă de filmul unei bule de săpun.

Experiența numărul 1

Tendința lichidului de a minimiza energia potențială poate fi observată folosind bule de săpun. Folia de săpun este un strat de suprafață dublu. Dacă aruncați o bulă de săpun și apoi opriți umflarea, atunci aceasta va începe să scadă în volum, stoarcând un curent de aer.

Tensiunea superficială - fenomenul presiunii moleculare asupra unui lichid cauzat de atracția moleculelor stratului de suprafață către moleculele din interiorul lichidului 5

Experiența Platoului (1849)

Figura: 4. J. Platon

Gadfly-ul care l-a determinat pe profesorul belgian să experimenteze a fost un caz. Din greșeală, a turnat o cantitate mică de ulei în amestecul de alcool și apă și a luat forma unei bile. Reflectând asupra acestui fapt, Plateau a subliniat o serie de experimente care au fost ulterior realizate cu brio de prietenii și studenții săi. În jurnalul său, el a scris o regulă pentru cercetători: „În timp să fii surprins”. Am decis să investighez experimentul Platon, dar într-o altă versiune: să folosesc ulei de floarea-soarelui și apă colorată de mangan în experiment.

Experiență care demonstrează că un lichid omogen prinde formă cu o suprafață liberă minimă

Opțiunea experimentului Platon nr. 2

1) Uleiul de floarea-soarelui a fost turnat într-un pahar.

2) O picătură de apă colorată de mangan cu un diametru de aproximativ 5 mm a fost aruncată în ulei de floarea-soarelui cu o pipetă pentru ochi.

) Am observat bile de apă de diferite dimensiuni căzând încet pe fund și luând o formă aplatizată ovală (Foto 2).

5) Am observat cum picătura ia forma corectă a mingii (Foto 2).

Ieșire: Lichid, care atrage moleculele stratului de suprafață, se comprimă singur. Forma ovală aplatizată se datorează faptului că greutatea picăturii, care nu se amestecă cu uleiul, este mai mare decât forța de flotabilitate. Forma corectă a mingii se explică prin faptul că picătura plutește în interiorul uleiului: greutatea picăturii este echilibrată de forța de flotabilitate.

În cădere liberă, într-o stare de imponderabilitate, picăturile de ploaie au practic forma unei mingi. Într-o navă spațială, o masă suficient de mare de lichid capătă, de asemenea, o formă sferică.

Coeficientul de tensiune superficială

În absența unei forțe externe, o forță de tensiune superficială acționează de-a lungul suprafeței lichidului, ceea ce minimizează suprafața filmului. Forța de tensiune a suprafeței este o forță îndreptată tangențial către suprafața lichidului, perpendicular pe secțiunea conturului care limitează suprafața, în direcția contracției sale.

Ơ - coeficientul de tensiune superficială este raportul dintre modulul F al forței de tensiune superficială care acționează la limita stratului de suprafață ℓ la această lungime există o valoare constantă care nu depinde de lungimea ℓ. Coeficientul de tensiune superficială depinde de natura mediului alăturat și de temperatură. Se exprimă în newtoni pe metru (N / m).

Experimente cu scădere și creștere

Foto 3

tensiune de suprafata

Experiența numărul 3

Atingeți centrul suprafeței apei cu o săpun.

Bucățile de spumă de poliester încep să se deplaseze de la centru la marginile vasului (Foto 3).

A căzut în centrul vasului cu benzină, alcool, detergent Zana.

Concluzie: Tensiunea superficială a acestor substanțe este mai mică decât cea a apei.

Aceste substanțe sunt utilizate pentru a îndepărta murdăria, petele de grăsime, funinginea, adică substanțe insolubile în apă Datorită tensiunii superficiale suficient de ridicate, apa în sine nu are un efect de curățare foarte bun. De exemplu, atunci când intră în contact cu o pată, moleculele de apă sunt atrase una de cealaltă mai mult decât particulele de murdărie insolubilă. Săpunul și detergenții sintetici (CMC) conțin substanțe care reduc tensiunea superficială a apei. Primul săpun, cel mai simplu detergent, a fost fabricat în Orientul Mijlociu acum peste 5000 de ani. La început, a fost utilizat în principal pentru spălarea și tratarea ulcerelor și rănilor. Și numai în secolul I d.Hr. bărbatul începu să se spele cu săpun.

La începutul secolului I s-a născut săpunul.

Un bărbat a fost salvat de murdărie și a devenit curat de la o vârstă fragedă.

Vă povestesc despre săpunul care a dat naștere în curând: șampon, gel, pulbere.

Și lumea a devenit pură!

Fig 5. F. Gunther

Detergenții sunt substanțe naturale și sintetice cu efect de curățare, în special săpunuri și detergenți utilizați în gospodării, industrie și sectorul serviciilor. Săpunul este produs prin interacțiunea chimică dintre grăsimi și alcali. Cel mai probabil, a fost descoperit din pură întâmplare, când carnea a fost prăjită la foc, iar grăsimea a picurat pe cenușă, care are proprietăți alcaline. Producția de săpun are o istorie lungă, dar primul detergent sintetic (CMC) a apărut în 1916, a fost inventat de un chimist german Fritz Guntherîn scopuri industriale. SMS-urile casnice, mai mult sau mai puțin inofensive pentru mâini, au început să fie produse în 1933. De atunci, au fost dezvoltate o serie de detergenți sintetici (CMC) pentru scopuri înguste, iar producția lor a devenit o ramură importantă a industriei chimice.

Datorită tensiunii superficiale, apa însăși nu are un efect de curățare suficient. Când sunt în contact cu pata, moleculele de apă sunt atrase una de cealaltă, în loc să prindă particule de murdărie, cu alte cuvinte, ele nu udă murdăria.

Săpunurile și detergenții sintetici conțin substanțe care măresc proprietățile de umectare ale apei prin reducerea tensiunii superficiale. Aceste substanțe se numesc surfactanți deoarece acționează la suprafața lichidului.

În prezent, producția de SMS-uri a devenit o ramură importantă a industriei chimice. Aceste substanțe se numesc surfactant(Surfactant), deoarece acționează pe suprafața lichidului. Moleculele tensioactive pot fi reprezentate ca mormoloci. Cu capul se „agață” de apă, iar cu „cozile” lor - de grăsime. Când surfactanții sunt amestecați cu apă, moleculele lor de la suprafață cu fața în jos și cozile lor afară. Prin zdrobirea suprafeței apei în acest mod, aceste molecule reduc semnificativ efectul tensiunii superficiale, ajutând astfel apa să pătrundă în țesut. Cu aceleași „cozi”, moleculele de surfactant (Fig. 6) captează moleculele de grăsime care vin peste ele. 2

Experiența nr. 4

1. Se toarnă laptele într-o farfurie, astfel încât să acopere fundul (Foto 4)

2. A picurat 2 picături de verde strălucitor pe suprafața laptelui

3. Am urmărit cum verdele strălucitor a fost „dus” de la centru la margini. Două picături de verde strălucitor acoperă cea mai mare parte a suprafeței laptelui! (Foto 5)

Concluzie: tensiunea superficială a verdeului strălucitor este mult mai mică decât laptele.

4. Lichidul de spălat vase „Zână” a fost scăpat pe suprafața verdeului strălucitor, am văzut cum acest lichid s-a răspândit pe întreaga suprafață (Foto 6)

Ieșire: tensiunea superficială a detergentului este mai mică decât culoarea verde strălucitor.

Experiența numărul 5

Apa a fost turnată într-un vas larg de sticlă.

Bucăți de polistiren au fost aruncate la suprafață.

Atingeți centrul suprafeței apei cu un cub de zahăr.

Contracția spumei începe să se deplaseze de la marginile vasului spre centru (Foto 7).

Ieșire: tensiunea superficială a unei soluții apoase de zahăr este mai mare decât cea a apei pure.

Experiența numărul 6

Îndepărtarea petelor de grăsime de pe suprafața țesutului

Au umezit un tampon de bumbac cu benzină și au umezit marginile spotului (și nu locul în sine) cu acest tampon de bumbac. Benzina reduce tensiunea superficială, astfel încât grăsimea se adună la centrul petei și de acolo poate fi îndepărtată, dar dacă udați chiar pata cu același tampon de bumbac, atunci poate crește în dimensiune datorită scăderii tensiunii superficiale .

Pentru a determina experimental valoarea tensiunii superficiale a unui lichid, se poate utiliza procesul de formare și detașare a picăturilor care curg din picurător.

Scurtă teorie a metodei de separare a picăturilor

Un volum mic de lichid însuși are o formă apropiată de o bilă, deoarece datorită masei mici a lichidului, forța de greutate care acționează asupra acestuia este, de asemenea, mică. Aceasta explică forma sferică a picăturilor mici de lichid. Figura 1 prezintă fotografii care prezintă diferite etape ale procesului de formare și desprindere a picăturilor. Fotografia a fost obținută folosind filmări de mare viteză, picătura crește încet, putem presupune că este în echilibru în fiecare moment al timpului. Tensiunea superficială face ca suprafața picăturii să se contracte; aceasta tinde să dea picăturii o formă sferică. Forța gravitațională plasează centrul de greutate al picăturii cât mai jos posibil. Ca rezultat, picătura este alungită (Fig. 7a).

Figura: 7. a B C D

Procesul de formare și detașare a picăturilor

Cu cât picătura este mai mare, cu atât joacă energia potențială a gravitației. Pe măsură ce picătura crește, volumul este colectat în partea de jos și se formează un gât în \u200b\u200bpicătură (Figura 7b). Forța de tensiune superficială este direcționată vertical, tangențial către gât și echilibrează forța de greutate care acționează asupra picăturii. Acum este suficient ca picătura să crească destul de mult și forțele de tensiune superficială să nu mai echilibreze forța gravitațională. Gâtul picăturii se îngustează rapid (Figura 7c) și, ca rezultat, picătura se rupe (Figura 7d).

Metoda de măsurare a coeficientului de tensiune superficială a unor lichide se bazează pe cântărirea picăturilor. În cazul unui flux lent de lichid dintr-o gaură mică, dimensiunea picăturilor rezultate depinde de densitatea lichidului, de coeficientul de tensiune superficială, de dimensiunea și forma găurii, precum și de debitul . Când lichidul de umectare curge ușor dintr-un tub cilindric vertical, picătura rezultată are forma prezentată în Figura 8. Raza r a gâtului picăturii este legată de raza exterioară a tubului R de raportul r \u003d kR (1)

unde k este un coeficient care depinde de dimensiunile tubului și de debitul de ieșire.

Momentul de separare și greutatea picăturii trebuie să fie egale cu rezultatul forțelor de tensiune superficială care acționează pe o lungime egală cu lungimea conturului gâtului în partea sa cea mai îngustă. Astfel, se poate scrie

Mg \u003d 2πrơ (2)

Înlocuind valoarea razei gâtului r din egalitatea (1) și rezolvând-o, obținem

Ơ \u003d mg / 2πkR (3)

Pentru a determina masa unei picături, un număr n de picături sunt cântărite într-un pahar de greutate cunoscută. Dacă masa paharului fără picături și cu picături este respectiv M 0 și M, atunci masa unei picături

Înlocuind ultima expresie în formula (3) și introducând diametrul acesteia d în loc de raza tubului, obținem formula de calcul

ơ \u003d ((M-M0) g) / πkdn 3 (4)

Lucrări de cercetare „Determinarea coeficientului de tensiune superficială a unor lichide prin metoda de scădere”

Scopul studiului: pentru a determina coeficientul de tensiune superficială a unui lichid prin separarea picăturilor unor lichide. Dispozitive: instalație pentru măsurarea coeficientului de tensiune superficială, cântare, greutăți, sticlă, etrier vernier, cronometru. Materiale: detergenți: „Zână”, „Aos”, lapte, alcool, benzină, soluții sub formă de pulbere: „Mit”, „Persil”, șampoane „Fruttis”, « Pantene», „Schauma” și " Fruttis ", geluri de duș " Sensen», „Montpensier”și " Descoperi».

Descrierea dispozitivului.

Pentru a determina coeficientul de tensiune superficială, a fost asamblată o instalație, constând dintr-un trepied, pe care a fost instalată o buretă cu un lichid de testare. La sfârșitul buretei, a fost fixat un tub de vârf, la capătul căruia se formează o picătură. Picăturile au fost cântărite într-o ceașcă specială.

Progresul cercetării

Folosind un etrier vernier, diametrul tubului de vârf a fost măsurat de trei ori și s-a calculat valoarea medie a d.

A cântărit o ceașcă curată și uscată (M 0).

Cu ajutorul robinetului, buretele au atins viteza de picurare

15 picături pe minut.

Se toarnă 60 de picături de lichid din buretă într-un pahar, numărând exact numărul de picături turnate.

Am cântărit un pahar de lichid. (M)

Am substituit valorile obținute în formula ơ \u003d ((M-M0) g) / πkdn

S-a calculat coeficientul de tensiune superficială.

Experimentați de trei ori

S-a calculat valoarea medie a coeficientului de tensiune superficială.

Coeficientul SI de tensiune superficială este măsurat în N / m.

Tabelul 1

Rezultatele determinării coeficientului de tensiune superficială (N / m)

Lichid	Coeficientul de tensiune superficială
Lichid	Măsurat	Tabular
Etanol

Lapte (2,5)
Lapte (vacă de casă)
Soluție de pulbere „Mitul”
Soluție de pulbere „Persil”
Detergent „Zână”
Detergent "Aos"

Ieșire:Dintre detergenții de bucătărie studiați, cu toți ceilalți parametri fiind aceiași care afectează calitatea „spălării”, este mai bine să folosiți „ Zana". Din pulberile de spălare anchetate " Mit", Pentru că soluțiile lor au cea mai mică tensiune superficială. Prin urmare, primul remediu („ Zana») Ajută mai bine la spălarea grăsimilor insolubile în apă din vase, fiind un emulgator - un mijloc care facilitează producerea de emulsii (suspensii ale celor mai mici particule ale unei substanțe lichide în apă). Al doilea (" Mit») Spală mai bine rufele, pătrunzând în porii dintre fibrele țesăturilor. Rețineți că, atunci când utilizați detergenți de bucătărie, forțăm substanța (în special grăsimea) să se dizolve în apă cel puțin o perioadă, deoarece există „zdrobire” în cele mai mici particule. În acest timp, se recomandă să spălați detergentul aplicat cu un jet de apă curată și să nu clătiți vasele după un timp în recipient. În plus, a fost investigată tensiunea superficială a șampoanelor și gelurilor de duș. Datorită vâscozității destul de mari a acestor fluide, este dificil să se determine cu exactitate coeficientul de tensiune a suprafeței acestora, dar pot fi comparate. Șampoanele au fost testate (prin smulgerea picăturilor) „Pantene», „Schauma” și " Fruttis "precum și geluri de duș " Sensen», „Montpensier”și " Descoperi».

Ieșire:

Tensiunea superficială este redusă în șampoane la rând „Fruttis” - „Schauma” - "Pantene", în geluri - la rând „Montpensier” - "Descoperi" - „Simțurile”.

Tensiunea superficială a șampoanelor este mai mică decât tensiunea superficială a gelurilor (De exemplu, " Pantene» < «Simțurile„La 65 mN / m), ceea ce justifică scopul lor: șampoane - pentru spălarea părului, geluri - pentru spălarea corpului.

Cu toate celelalte caracteristici care afectează calitatea spălării, este mai bine să folosiți șampoanele studiate "Pantene" (Fig. 9), din gelurile de duș testate - „Simțurile” (Fig. 10).

Metoda de separare a picăturilor, deși nu este foarte precisă, este utilizată în practica medicală. Această metodă este utilizată pentru a determina tensiunea superficială a lichidului cefalorahidian, a bilei etc. în scop diagnostic.

Concluzie

1. Am primit confirmarea experimentală a concluziilor teoretice , dovedind că un lichid omogen ia o formă cu o suprafață liberă minimă

2. Experimentele au fost efectuate cu o scădere și o creștere a tensiunii superficiale, rezultatele cărora au dovedit că săpunul și detergenții sintetici conțin substanțe care măresc proprietățile de umectare ale apei prin reducerea forței de tensiune superficială.

3. Pentru a determina coeficientul de tensiune superficială al lichidelor

a) a fost studiată o scurtă teorie a metodei de separare a picăturilor;

b) a fost proiectat și asamblat un set experimental;

c) s-au calculat valorile medii ale coeficientului de tensiune superficială ale diferitelor lichide, au fost trase concluzii.

4. Rezultatele experimentelor și cercetărilor sunt prezentate sub formă de tabele și fotografii.

Lucrul la proiect mi-a permis să dobândesc o cunoaștere mai largă a secțiunii de fizică „Tensiunea suprafeței”.

Aș vrea să-mi termin proiectul cu cuvintele marelui om de știință fizician

A. Einstein:

„Îmi este suficient să experimentez senzația misterului etern al vieții, să realizez și să înțeleg intuitiv structura minunată a tot ceea ce există și să lupt activ pentru a apuca chiar și cel mai mic bob de rațiune care se manifestă în Natură”

Lista surselor utilizate și a literaturii

http://www.physics.ru/

http://greenfuture.ru/

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

Bukhovtsev B.B., Klimontovich Yu.L., Myakishev G.Ya., Fizică, manual pentru clasa a IX-a a școlii secundare - ediția a IV-a - M.: Educație, 1988 - 271 p.

Kasyanov V.A., Fizică, clasa a 10-a, manual pentru instituții de învățământ general, M.: Bustard, 2001. - 410 p.

Pinsky A.A. Fizică: manual. Un manual pentru 10 clase cu un studiu aprofundat al fizicii. M.: Educație, 1993. - 416 p.

Yufanova I.L. Seri distractive în fizică în liceu: o carte pentru profesor. - M.: Educație, 1990. -215s

Chuyanov V.Ya., Dicționar enciclopedic al unui tânăr fizician, M.: Pedagogie, 1984. - 350 p.

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

2 http://greenfuture.ru