Какво определя повърхностното напрежение на течността? Преобразувател на повърхностно напрежение

Силите на привличане между молекулите на повърхността на течността им пречат да се движат извън нея.

Молекулите на течността изпитват сили на взаимно привличане - всъщност именно поради това течността не се изпарява моментално. Привличащите сили на други молекули действат върху молекулите вътре в течността от всички страни и следователно взаимно се балансират. Молекулите на повърхността на течността нямат външни съседи и получената сила на привличане е насочена вътре в течността. В резултат на това цялата повърхност на водата има тенденция да се свива под въздействието на тези сили. Взет заедно този ефект води до образуването на така наречената сила на повърхностно напрежение, която действа по повърхността на течността и води до образуването на един вид невидим, тънък и еластичен филм върху нея.

Едно следствие от ефекта на повърхностното напрежение е, че за да се увеличи повърхностната площ на течността - да се разтегне - трябва да се извърши механична работа за преодоляване на силите на повърхностно напрежение. Следователно, ако течността се остави сама, тя има тенденция да приеме форма, при която повърхността й е минимална. Тази форма, разбира се, е сфера – ето защо дъждовните капки по време на полет придобиват почти сферична форма (казвам „почти“, защото капките са леко удължени по време на полет поради съпротивлението на въздуха). По същата причина капки вода върху каросерията на кола, покрита с пресен восък, се събират в мъниста.

Силите на повърхностно напрежение се използват в промишлеността - по-специално при леене на сферични форми, като изстрел за пушка. Разтопените метални капчици просто се оставят да се втвърдят по време на полет, когато падат от достатъчна за това височина и се втвърдяват на топки, преди да паднат в приемния контейнер.

Има много примери за действащи сили на повърхностно напрежение от нашето ежедневие. Под въздействието на вятъра на повърхността на океани, морета и езера се образуват вълни и тези вълни са вълни, при които възходящата сила на вътрешното водно налягане се балансира от силата надолу на повърхностното напрежение. Тези две сили се редуват и върху водата се образуват вълни, точно както се образува вълна в струната на музикален инструмент поради редуващо се разтягане и компресиране.

Дали течността ще се събере в „мъниста“ или ще се разпредели равномерно върху твърда повърхност зависи от съотношението на силите на междумолекулно взаимодействие в течността, причиняващо повърхностно напрежение, и силите на привличане между молекулите на течността и твърдата повърхност. В течната вода, например, силите на повърхностно напрежение се дължат на водородните връзки между молекулите ( см.химически връзки). Повърхността на стъклото се намокря от вода, тъй като стъклото съдържа достатъчно голям брой кислородни атоми и водата лесно образува водородни връзки не само с други водни молекули, но и с кислородни атоми. Ако се нанесе грес върху стъклената повърхност, водородните връзки няма да се образуват с повърхността и водата ще се събира на капчици под въздействието на вътрешни водородни връзки, които причиняват повърхностно напрежение.

В химическата промишленост към водата често се добавят специални овлажняващи агенти - повърхностноактивни вещества, - предотвратява натрупването на вода на капки върху всяка повърхност. Те се добавят например към течни препарати за съдомиялни машини. Попадайки в повърхностния слой на водата, молекулите на такива реагенти забележимо отслабват силите на повърхностното напрежение, водата не се събира на капки и не оставя мръсни петна по повърхността след изсъхване ( см.

Капка, капка... Ето още една капка се събра на чучура на чешмата, набъбна и падна. Тази картина е позната на всеки. Или топъл летен дъжд напоява земята, копнея за влага - и отново капки. Защо капки? Каква е причината тук? Много е просто: причината за това е повърхностното напрежение на водата.

Това е едно от свойствата на водата или, по-общо, на всички течности. Както знаете, газът запълва целия обем, в който влиза, но течността не може да направи това. Молекулите в обема на водата са заобиколени от едни и същи молекули от всички страни. Но тези на повърхността, на границата на течността и газа, не са засегнати от всички страни, а само от онези молекули, които са разположени вътре в обема, от страната на газа те не са засегнати.

В този случай върху повърхността на течността ще действа сила, насочена по нея перпендикулярно на частта от повърхността, върху която действа. В резултат на тази сила възниква повърхностното напрежение на водата. Външното му проявление ще бъде образуването на един вид невидим, еластичен филм на интерфейса. Поради ефекта на повърхностното напрежение, капка вода ще приеме формата на сфера като тяло с най-малка площ за даден обем.

Сега можем да дефинираме, че повърхностното напрежение е работа по промяна на повърхността на течността. От друга страна, тя може да се определи като енергията, необходима за разрушаване на единица повърхност. Възможно е повърхностно напрежение на границата между течност и газ. Определя се от силата, действаща между молекулите, и следователно е отговорна за летливостта (изпарението). Колкото по-ниско е повърхностното напрежение, толкова по-летлива ще бъде течността.

Можете да определите на какво е равно. Формулата за нейното изчисляване включва площта на повърхността и Както споменахме по-рано, коефициентът не зависи от формата и размера на повърхността, а се определя от силата на междумолекулното взаимодействие, т.е. течен тип. За различните течности стойността му ще бъде различна.

Повърхностното напрежение на водата може да се променя. Това се постига чрез нагряване, добавяне на биологично активни вещества – като сапун, прах, паста. Стойността му зависи от степента на чистота на водата. Колкото по-чиста е водата, толкова по-голямо е повърхностното напрежение, а по стойност е на второ място след живака.

Любопитен ефект се наблюдава, когато течност влезе в контакт както с твърдо вещество, така и с газ. Ако сложим капка вода върху повърхността на парафина, тя ще придобие формата на топка. Това се дължи на факта, че силите, действащи между парафина и капката, са по-малки от взаимодействието между тях, в резултат на което се появява топката. Когато силите, действащи между повърхността и капката, са по-големи от силите на междумолекулното взаимодействие, водата ще се разпръсне равномерно по повърхността. Това явление се нарича намокряне.

Ефектът на омокряне до известна степен може да характеризира степента на чистота на повърхността. Върху чиста повърхност капката се разпръсква равномерно и ако повърхността е замърсена или покрита с вещество, което не е намокрено от вода, то последното се събира на топки.

Пример за използване на повърхностно напрежение в промишлеността е отливането на сферични части, като пушка за пушка. Капките разтопен метал просто се втвърдяват в движение, като придобиват сферична форма.

Повърхностното напрежение на водата, като всяка друга течност, е един от важните й параметри. Той определя някои характеристики на течността – като летливост (летливост) и омокряемост. Стойността му зависи само от параметрите на междумолекулното взаимодействие.

Текстът на творбата е поставен без изображения и формули.
Пълната версия на работата е налична в раздела „Данни файлове“ в PDF формат

Въведение

В света около нас, наред с гравитацията, еластичността и триенето, има още една сила, на която обикновено не обръщаме внимание. Тази сила действа по допирателната към повърхностите на всички течности. Силата, която действа по повърхността на течността перпендикулярно на линията, ограничаваща тази повърхност, има тенденция да я намали до минимум, се нарича сила на повърхностно напрежение. Той е сравнително малък, действието му никога не предизвиква мощни ефекти. Въпреки това, ние не можем да налеем вода в чаша, не можем да направим нищо с каквато и да е течност, без да вкараме в игра силите на повърхностното напрежение. Толкова сме свикнали с ефекти, наречени повърхностно напрежение, че не ги забелязваме. Изненадващо разнообразни са проявите на повърхностното напрежение на течността в природата и технологиите. Те играят важна роля в природата и в нашия живот. Без тях не бихме могли да пишем с хелиеви химикалки, принтерите за патрони веднага ще нанесат голямо петно, изпразвайки целия си резервоар. Би било невъзможно да сапунисвате ръцете си - пяната няма да се образува. Слаб дъжд щеше да ни намокри и дъгата нямаше да се вижда при никакво време. Повърхностното напрежение събира водата на капчици и благодарение на повърхностното напрежение може да се издуха сапунени мехурчета. Използвайки правилото на белгийския професор Платон, за изследователите да бъдат изненадани навреме, ще разгледаме необичайни експерименти в работата.

Целта на работата: експериментално да се проверят проявите на повърхностното напрежение на течността, да се определи коефициентът на повърхностно напрежение на течностите по метода на отделяне на капки

Изучавайте учебна, научнопопулярна литература, използвайте материали в Интернет на тема „Повърхностно напрежение“;

правят експерименти, доказващи, че правилната форма на течност е топка;

провеждат експерименти с намаляване и увеличаване на повърхностното напрежение;

да се проектира и сглоби експериментална инсталация, с която да се определи коефициентът на повърхностно напрежение на някои течности по метода на отделяне на капчици.

обработват получените данни и правят заключение.

Обект на изследване: течности.

Главна част. Повърхностно напрежение

Фиг. 1. Г. Галилей

Многобройни наблюдения и експерименти показват, че течността може да приеме такава форма, при която свободната й повърхност има най-малка площ. В склонността си да се свива, повърхностният филм би сферично оформил течността, ако не беше привличането към Земята. Колкото по-малка е капката, толкова по-голяма е ролята на силите на повърхностно напрежение. Следователно малките капки роса по листата на дърветата, върху тревата са близки по форма до топка; при свободно падане дъждовните капки са почти строго сферични. Тенденцията на течността да се свива до възможно най-малко може да се наблюдава при много явления, които изглеждат изненадващи. Дори Галилей се замисли над въпроса: защо капките роса, които видя сутрин върху зелеви листа, придобиват сферична форма? Твърдението, че течността няма собствена форма, се оказва не съвсем точно. Правилната форма на течността е сфера, като най-вместителната форма. Молекулите на вещество в течно състояние са разположени почти близо една до друга. За разлика от твърдите кристални тела, в които молекулите образуват подредени структури в целия обем на кристала и могат да извършват термични вибрации около фиксирани центрове, течните молекули имат по-голяма свобода. Всяка молекула на течността, както и в твърдо тяло, е „захваната“ от всички страни от съседни молекули и извършва термични вибрации около определено равновесно положение. Въпреки това, от време на време, всяка молекула може да се премести в съседно свободно място. Такива скокове в течностите се случват доста често; следователно, молекулите не са свързани с определени центрове, както в кристалите, и могат да се движат в целия обем на течността. Това обяснява течливостта на течностите. Поради силното взаимодействие между близко разположени молекули, те могат да образуват локални (нестабилни) подредени групи, съдържащи няколко молекули. един

Фигура 2. Пример за близък ред на течните молекули и далечния ред на молекулите на кристално вещество: 1 - вода; 2 - лед

И как може да се обясни спонтанното свиване на повърхността на течност? Молекулите на повърхността и в дълбочината на течността са в различни условия. Всяка молекула вътре в течността е засегната от привличащи сили от съседни молекули, заобикалящи я от всички страни. Резултатът от тези сили е нула. Над повърхността на течността има пара, чиято плътност е многократно по-малка от плътността на течността, а взаимодействието на молекулите на парата с молекулите на течността може да се пренебрегне. Молекулите, които са на повърхността на течността, се привличат само от молекули, които са вътре в течността. Под въздействието на тези сили молекулите на повърхностния слой се изтеглят навътре, броят на молекулите на повърхността намалява и площта на повърхността намалява. Но не всички молекули могат да преминат от повърхността в течността, това се предотвратява от силите на отблъскване, които възникват при намаляване на разстоянията между молекулите. При определени разстояния между молекулите, привлечени навътре, и молекулите под повърхността, силите на взаимодействие стават равни на нула и процесът на свиване на повърхността спира. Броят на молекулите, оставащи на повърхността, е такъв, че площта му е минимална за даден обем течност. Тъй като течността е течна, тя приема форма, при която броят на молекулите на повърхността е минимален, а топката има минимална повърхност за даден обем, тоест течната капка приема форма, близка до сферична. Най-лесният начин да се улови естеството на силите на повърхностното напрежение е да се наблюдава образуването на капка. Погледнете внимателно как капката постепенно расте, образува се стеснение - шийка - и капката се отделя. Не е нужно много въображение, за да си представите, че водата е сякаш затворена в еластична торба и тази торба се счупва, когато теглото надвиши нейната сила. В действителност, разбира се, в капката няма нищо друго освен вода, но самият повърхностен слой вода се държи като опънат еластичен филм. Филмът на сапунен мехур прави същото впечатление.

Опит №1

Триенето на течност до минимум потенциална енергия може да се наблюдава с помощта на сапунени мехурчета. Сапуненият филм е двоен повърхностен слой. Ако издухате сапунен мехур и след това спрете да надувате, той ще започне да намалява по обем, изстисквайки струя въздух.

Повърхностно напрежение - феноменът на молекулярно налягане върху течност, причинено от привличането на молекулите на повърхностния слой към молекулите вътре в течността 5

Изживяване на платото (1849)

Ориз. 4. Ж. Плато

Печалката, която подтикна белгийския професор да експериментира, беше случайност. Той случайно изля малко количество масло в смес от алкохол и вода и то придоби формата на топка. Размишлявайки върху този факт, Платон очерта поредица от експерименти, които впоследствие бяха блестящо извършени от неговите приятели и ученици. В дневника си той записва правило за изследователите: „Бъдете изненадани навреме“. Реших да проуча експеримента с Плато, но в различна версия: да използвам слънчогледово масло и оцветена манганова вода в експеримента.

Експеримент, доказващ, че хомогенната течност приема форма с минимална свободна повърхност

Опция № 2 за преживяване на платото

1) Изсипете слънчогледово олио в чаша.

2) С капкомер за очи капка капка оцветена манганова вода с диаметър приблизително 5 mm в слънчогледово масло.

) Наблюдаваха се водни топки с различни размери, бавно падащи на дъното и придобиващи овална сплескана форма (Снимка 2).

5) Наблюдавайте как капката приема правилната форма на топката (Снимка 2).

Изход: Течността, привличайки молекулите на повърхностния слой, се компресира. Овалната сплескана форма се обяснява с факта, че теглото на капка, която не се смесва с масло, е по-голяма от силата на плаваемост. Правилната форма на топката се обяснява с факта, че капката плува вътре в маслото: теглото на капката се балансира от силата на плаваемост.

При свободно падане, в състояние на безтегловност, дъждовните капки на практика имат формата на топка. В космически кораб доста голяма маса течност също придобива сферична форма.

Коефициент на повърхностно напрежение

При липса на външна сила, силата на повърхностно напрежение действа по повърхността на течността, което намалява повърхностната площ на филма до минимум. Сила на повърхностно напрежение - сила, насочена тангенциално към повърхността на течността, перпендикулярно на участъка от контура, който ограничава повърхността, в посока на нейното свиване.

Ơ - коефициент на повърхностно напрежение - това е отношението на модула F на силата на повърхностно напрежение, действаща на границата на повърхностния слой ℓ, към тази дължина е постоянна стойност, независима от дължината ℓ. Коефициентът на повърхностно напрежение зависи от естеството на съседната среда и от температурата. Изразява се в нютони на метър (N/m).

Експерименти с намаляване и увеличаване

Снимка 3

Опит №3

Докоснете центъра на повърхността на водата с парче сапун.

Парчетата от пяна започват да се движат от центъра към ръбовете на съда (Снимка 3).

Те капеха бензин, алкохол, перилен препарат в центъра на съда фея.

Заключение: Повърхностното напрежение на тези вещества е по-малко от това на водата.

Тези вещества се използват за премахване на замърсявания, мазни петна, сажди, т.е. неразтворими във вода вещества Поради доста високото повърхностно напрежение водата сама по себе си няма много добър почистващ ефект. Например, когато влязат в контакт с петно, водните молекули се привличат една към друга повече, отколкото към частици неразтворима мръсотия.Сапуните и синтетичните детергенти (SMC) съдържат вещества, които намаляват повърхностното напрежение на водата. Първият сапун, най-простият препарат, е направен в Близкия изток преди повече от 5000 години. Първоначално се използва главно за измиване и лечение на язви и рани. И едва през 1 век сл. Хр. мъжът започна да се мие със сапун.

В началото на 1 век се ражда сапунът.

Човек беше спасен от мръсотия и той стана чист от малък.

Разказвам ви за сапуна, който скоро роди: шампоан, гел, пудра.

Светът стана чист, колко хубаво!

Фигура 5. Ф. Гюнтер

Перилните препарати са естествени и синтетични вещества с почистващ ефект, по-специално сапуни и прахове за пране, използвани в ежедневието, индустрията и сектора на услугите. Сапунът се получава в резултат на химическото взаимодействие на мазнини и алкали. Най-вероятно е било открито по чиста случайност, когато месото е било печено на огън и мазнината се е стичала върху пепелта, която има алкални свойства. Производството на сапун има дълга история, но първият синтетичен детергент (SMC) се появява през 1916 г., той е изобретен от немски химик Фриц Гюнтерза промишлени цели. Домашните SMS, повече или по-малко безвредни за ръцете, започват да се произвеждат през 1933 г. Оттогава са разработени редица синтетични детергенти (SMC) за тесни цели и тяхното производство се е превърнало във важен отрасъл на химическата индустрия.

Поради повърхностното напрежение водата сама по себе си няма достатъчно почистващ ефект. Когато влязат в контакт с петното, водните молекули се привличат една към друга, вместо да улавят частици мръсотия, с други думи, те не овлажняват мръсотията.

Сапуните и синтетичните детергенти съдържат вещества, които повишават омокрящите свойства на водата чрез намаляване на повърхностното напрежение. Тези вещества се наричат ​​повърхностно активни вещества (повърхностно активни вещества), тъй като действат върху повърхността на течността.

Сега производството на SMS се превърна във важен отрасъл на химическата промишленост. Тези вещества се наричат повърхностно активно вещество(повърхностно активни вещества), тъй като те действат върху повърхността на течността. Молекулите на повърхностно активните вещества могат да бъдат представени като попови лъжички. С главите си те се „хващат” за водата, а с „опашките” за мазнините. Когато повърхностноактивните вещества се смесват с вода, техните молекули на повърхността се обръщат "главите" надолу и "опашките" навън. Чрез смачкване на повърхността на водата по този начин, тези молекули значително намаляват ефекта на повърхностното напрежение, като по този начин помагат на водата да проникне в тъканта. Със същите „опашки“ от молекули на повърхностноактивното вещество (фиг. 6) те улавят попадналите им мастни молекули. 2

Опит No4

1. Налейте мляко в чинийка, така че да покрие дъното (Снимка 4)

2. Капнаха 2 капки брилянтно зелено върху повърхността на млякото

3. Наблюдавахме как брилянтното зелено се „пренася“ от центъра към краищата. Две капки брилянтно зелено покриват по-голямата част от повърхността на млякото! (Снимка 5)

Заключение: повърхностното напрежение на брилянтно зелено е много по-малко от това на млякото.

4. Върху повърхността на брилянтното зелено беше капнала фея течност за миене на съдове, видяхме как тази течност се разпръсна по цялата повърхност (Снимка 6)

Изход:повърхностното напрежение на почистващия препарат е по-малко от брилянтно зеленото.

Опит No5

В широк стъклен съд се налива вода.

На повърхността бяха хвърлени парчета стиропор.

Докосна центъра на повърхността на водата с парче захар.

Пипчетата от стиропор започват да се движат от ръбовете на съда към центъра (Снимка 7).

Изход:Повърхностното напрежение на воден разтвор на захар е по-голямо от това на чиста вода.

Опит No6

Отстраняване на мастни петна от повърхността на тъканта

Намокрихме памучна вата с бензин и навлажнихме краищата на петното (а не самото петно) с тази памучна вата. Бензинът намалява повърхностното напрежение, така че мазнината се събира до центъра на петното и оттам може да се отстрани, ако същата памучна вата се навлажни, самото петно ​​може да се увеличи по размер поради намаляване на повърхностното напрежение.

За експериментално определяне на стойността на повърхностното напрежение на течността може да се използва процесът на образуване и отделяне на капки, изтичащи от капкомер.

Кратка теория на метода за отделяне на капчици

Самият малък обем течност придобива форма, близка до сфера, тъй като поради малката маса на течността силата на гравитацията, действаща върху нея, също е малка. Това обяснява сферичната форма на малките течни капчици. Фигура 1 показва снимки, показващи различни етапи от процеса на образуване и отделяне на капки. Снимката е направена с помощта на високоскоростно заснемане, капката расте бавно, можем да предположим, че във всеки момент от време е в равновесие. Повърхностното напрежение кара повърхността на капката да се свие, тя има тенденция да придаде на капката сферична форма. Гравитацията принуждава центъра на тежестта на капката възможно най-ниско. В резултат на това капката се удължава (фиг. 7а).

Ориз. 7. a B C D

Процесът на образуване и отделяне на капки

Колкото по-голям е капката, толкова по-голяма роля играе потенциалната енергия на гравитацията. С нарастването на капката основната маса се събира на дъното и в близост до капката се образува шийка (фиг. 7б). Силата на повърхностното напрежение е насочена вертикално тангенциално към шията и балансира силата на гравитацията, действаща върху капката. Сега е достатъчно една капка да се увеличи доста и силите на повърхностното напрежение вече не балансират силата на гравитацията. Шийката на капката бързо се стеснява (фиг. 7в) и в резултат капката се откъсва (фиг. 7г).

Методът за измерване на коефициента на повърхностно напрежение на някои течности се основава на претегляне на капчици. В случай на бавен поток на течност от малък отвор, размерът на образуваните капчици зависи от плътността на течността, коефициента на повърхностно напрежение, размера и формата на отвора, а също и от скоростта на изтичане. . При бавно изтичане на овлажняваща течност от вертикална цилиндрична тръба, получената капка има формата, показана на фигура 8. Радиусът r на гърлото на капката е свързан с външния радиус на тръбата R чрез отношението r = kR (1 )

където k е коефициент, зависещ от размерите на тръбата и скоростта на потока.

Моментът на отделяне, теглото на капката трябва да бъде равно на резултата от силите на повърхностното напрежение, действащи по дължина, равна на дължината на контура на шията в най-тясната му част. Така човек може да пише

Mg = 2πrơ (2)

Замествайки радиуса на гърлото r от равенство (1) и го решаваме, получаваме

Ơ=mg/2πkR (3)

За да се определи масата на капка, число n капки се претеглят в чаша с известно тегло. Ако масата на стъклото без капки и с капки е съответно M 0 и M, тогава масата на една капка

Замествайки последния израз във формула (3) и въвеждайки неговия диаметър d вместо радиуса на тръбата, получаваме формулата за изчисление

ơ = ((M-M0)g)/πkdn 3 (4)

Научноизследователска работа "Определяне на коефициента на повърхностно напрежение на някои течности по метода на отделяне на капки"

Цел на изследването: за определяне на коефициента на повърхностно напрежение на течност по метода на отделяне на капки от някои течности. Устройства: инсталация за измерване на коефициента на повърхностно напрежение, кантар, тежест, чаша, шублер, хронометър. материали: почистващи препарати: "Fairy", "Aos", мляко, алкохол, бензин, прахови разтвори: "Myth", "Persil", шампоани Фрутис, « Pantene», "Шаума"И " плодове», душ гелове Сенсен», "Монпансие"И " Открийте».

Описание на устройството.

За определяне на коефициента на повърхностно напрежение е сглобена настройка, състояща се от статив, върху който е монтирана бюретка с изследваната течност. В края на бюретата е фиксирана тръба с накрайник, в края на която се образува капка. Капките се претеглят в специална чаша.

Напредък на изследванията

С помощта на шублер диаметърът на тръбата на върха се измерва три пъти и се изчислява средната стойност на d.

Чисто, сухо стъкло (М 0) се претегля на везна.

С помощта на кран за бюрет постигнахме скоростта на капене

15 капки в минута.

60 капки течност се изсипват от бюретата в чаша, като се броят точно броя на излятите капки.

Претегли чаша течност. (М)

Заместете получените стойности във формулата ơ = ((M-M0)g)/πkdn

Изчислете коефициента на повърхностно напрежение.

Пробвано три пъти

Изчислете средната стойност на коефициента на повърхностно напрежение.

Коефициентът на повърхностно напрежение в системата SI се измерва в N/m.

Маса 1

Резултатите от определяне на коефициента на повърхностно напрежение (N/m)

Изход:От изследваните кухненски препарати, с всички други идентични параметри, влияещи върху качеството на "пране", е по-добре да използвате " фея". От изследваните прахове за пране " мит“, защото именно техните разтвори имат най-ниско повърхностно напрежение. Следователно, първото означава (" фея”) по-добре помага за отмиване на неразтворими във вода мазнини от съдове, като емулгатор - инструмент, който улеснява производството на емулсии (суспензии от малки частици от течно вещество във вода). Секундата (" мит”) измива по-добре дрехите, прониквайки в порите между влакната на тъканите. Имайте предвид, че когато използваме кухненски почистващи препарати, ние принуждаваме веществото (по-специално мазнините) да се разтвори във вода поне за известно време, т.к. той се разпада на малки частици. През това време се препоръчва да се измие нанесеният препарат с струя чиста вода и да не се изплакват съдовете след известно време в контейнера. Освен това е изследвано повърхностното напрежение на шампоани и душ гелове. Поради доста високия вискозитет на тези течности е трудно да се определи точно техния коефициент на повърхностно напрежение, но може да се сравни. Шампоаните са тествани (чрез откъсване на капки) Pantene», "Шаума"И " плодове»както и душ гелове Сенсен», "Монпансие"И " Открийте».

Изход:

Повърхностното напрежение намалява в шампоаните подред Фрутис - "Шаума" - "пантене"в гелове - подред "Монпансие" - Открийте - "Сетива".

Повърхностното напрежение на шампоаните е по-малко от повърхностното напрежение на геловете (Например, " Pantene» < «Сетивата» с 65 mN / m), което оправдава предназначението им: шампоани - за измиване на косата, гелове - за измиване на тялото.

С всички други идентични характеристики, които влияят върху качеството на измиване, е по-добре да използвате от изследваните шампоани "Pantene" (фиг. 9),от изследваните душ гелове - "Сетива" (фиг.10).

Методът на откъсване, макар и не много прецизен, се използва в медицинската практика. Този метод определя за диагностични цели повърхностното напрежение на цереброспиналната течност, жлъчката и др.

Заключение

1. Получено е експериментално потвърждение на теоретичните заключения , доказвайки, че хомогенната течност приема форма с минимална свободна повърхност

2. Проведени са експерименти с намаляване и повишаване на повърхностното напрежение, резултатите от които доказват, че сапунът и синтетичните детергенти съдържат вещества, които повишават омокрящите свойства на водата чрез намаляване на силата на повърхностно напрежение.

3. Да се ​​определи коефициентът на повърхностно напрежение на течностите

а) проучена е кратка теория на метода за отделяне на капки;

б) е проектирана и сглобена експериментална инсталация;

в) изчисляват се средните стойности на коефициента на повърхностно напрежение на различни течности, правят се заключения.

4. Резултатите от експериментите и изследванията са представени под формата на таблица и снимки.

Работата по проекта ми позволи да придобия по-широки познания за раздела по физика "Повърхностно напрежение".

Бих искал да завърша проекта си с думите на великия учен физик

А. Айнщайн:

„Достатъчно ми е да изпитам усещането за вечната мистерия на живота, да осъзная и интуитивно да проумея чудесната структура на всичко съществуващо и активно да се боря да грабна и най-малкото зрънце разум, което се проявява в Природата“

Списък на използваните източници и литература

http://www.physics.ru/

http://greenfuture.ru/

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

Буховцев Б.Б., Климонтович Ю.Л., Мякишев Г.Я., Физика, учебник за 9 клас на средното училище - 4-то издание - М.: Образование, 1988 - 271 с.

Касянов V.A., Физика, 10 клас, учебник за общообразователни институции, М .: Дропла, 2001. - 410 стр.

Пински А.А. Физика: учебник. Помагало за 10 класа със задълбочено изучаване на физика. М.: Просвещение, 1993. - 416 стр.

Юфанова И.Л. Забавни вечери по физика в гимназията: книга за учителя. - М.: Просвещение, 1990. -215s

Чуянов В.Я., Енциклопедичен речник на млад физик, М .: Педагогика, 1984. - 350 с.

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

2 http://greenfuture.ru

Поради сцеплението върху повърхността на водата се образува напрежение и за да се счупи повърхността на водата, е необходима физическа сила и, колкото и да е странно, доста. Ненарушената водна повърхност може да държи предмети, които са много „по-тежки“ от водата, като стоманена игла или бръснарско острие, или някои насекоми, които се плъзгат във водата, сякаш не е течност, а твърдо тяло.

От всички течности, с изключение на живака, водата има най-високо повърхностно напрежение.

Вътре в течността привличането на молекулите една към друга е балансирана. Но не на повърхността. Водните молекули, които лежат по-дълбоко, изтеглят надолу най-горните молекули. Следователно, една капка вода, като че ли, има тенденция да се свива възможно най-много. Той се дърпа заедно от силите на повърхностно напрежение.

Физиците изчислиха точно коя тежест трябва да бъде окачена от воден стълб с дебелина три сантиметра, за да се счупи. Теглото ще се нуждае от огромно - повече от сто тона! Но това е, когато водата е изключително чиста. В природата няма такава вода. В него винаги има нещо. Нека поне малко, но чужди вещества разрушават връзките в силната верига от водни молекули и кохезионните сили между тях намаляват.

Ако капки живак се поставят върху стъклена чиния, а капки вода върху парафинова, тогава много малките капчици ще имат формата на топка, докато по-големите ще бъдат леко сплескани от гравитацията.

Това явление се обяснява с факта, че между живака и стъклото, както и между парафина и водата, възникват сили на привличане (адхезия), които са по-малки, отколкото между самите молекули (кохезия). Когато водата влезе в контакт с чисто стъкло, а живакът с метална плоча, ние наблюдаваме почти равномерно разпределение на двете вещества върху плочите, тъй като силите на привличане между молекулите на стъклото и водата, метала и молекулите на живак са по-големи от привличането между отделни молекули вода и живак. Това явление, когато течността е равномерно разпределена по повърхността на твърдо вещество, се нарича намокряне. Това означава, че водата намокря чистото стъкло, но не намокря парафина. Омокряемостта в конкретен случай може да показва степента на замърсяване на повърхността. Например, върху чисто измита чиния (порцелан, фаянс) водата се разстила на равен слой, в чисто измита колба стените са равномерно покрити с вода, но ако водата на повърхността е под формата на капки, това показва, че повърхността на съда е покрита с тънък слой вещество, което не навлажнява водата, най-често мазнина.

Повърхностно напрежение, желанието на вещество (течна или твърда фаза) да намали излишъка от потенциалната си енергия на границата с друга фаза (повърхностна енергия). Определя се като работата, изразходвана за създаване на единична площ на фазовия интерфейс (размерът J / m 2). Според друго определение, повърхностно напрежение- сила, свързана с единичната дължина на контура, ограничаваща повърхността на разделяне на фазите (размер N/m); тази сила действа тангенциално към повърхността и предотвратява нейното спонтанно нарастване.

Повърхностно напрежение- основната термодинамична характеристика на повърхностния слой на течността на границата с газовата фаза или друга течност. Повърхностно напрежениена различни течности на границата със собствените им пари варира в широк диапазон: от единици за втечнени нискокипящи газове до няколко хиляди mN/m за разтопени огнеупорни вещества. Повърхностно напрежениезависи от температурата. За много еднокомпонентни несвързани течности (вода, стопени соли, течни метали), далеч от критичната температура, линейната зависимост е добре удовлетворена:

където s и s 0 - повърхностно напрежение при температури тИ т 0 съответно, α≈0.1 mN/(m K) - температурен коефициент повърхностно напрежение. Основният начин на регулиране повърхностно напрежениее използването на повърхностно активни вещества (повърхностно активни вещества).

Повърхностно напрежениевлиза в много уравнения на физиката, физическата и колоидна химия, електрохимията.

Той определя следните количества:

1. капилярно налягане, където r 1 и r 2 - основните радиуси на кривина на повърхността и налягането на наситените пари r rвърху извита течна повърхност: , където r- радиус на кривина на повърхността, Ре газовата константа, V nе моларният обем на течността, стр 0 - налягане върху равна повърхност (законите на Лаплас и Келвин, вижте Капилярни явления).

2. Ъгъл на омокряне θ при контакт на течност с твърда повърхност: cos , където е специфичната свободна повърхностна енергия на твърдо вещество на границата с газ и течност, - повърхностно напрежениетечности (законът на Янг, вижте Омокряне).

3. Адсорбция на повърхностно активно вещество, където μ е химическият потенциал на адсорбираното вещество (уравнение на Гибс, вижте Адсорбция). За разредени разтвори където от- моларна концентрация на повърхностноактивни вещества.

4. Състоянието на адсорбционния слой на повърхностно активното вещество върху повърхността на течността: (стр с + а/А2)·( А- б)=k т, където п с\u003d (s 0 -s) - двуизмерно налягане, s 0 и s - съответно повърхностно напрежениечиста течност и същата течност в присъствието на адсорбционен слой, но- константа (аналогична на константата на Ван дер Ваалс), Ае площта на повърхностния слой на една адсорбирана молекула, бе площта, заета от 1 молекула течност, к- Болцманова константа (уравнение на Фрумкин-Фолмер, виж Повърхностна активност).

5. Електрокапиларен ефект:- дс/ д f \u003d r s, където r s е повърхностната плътност на заряда, f е потенциалът на електрода (уравнението на Липман, вижте Електрокапилярни явления).

6. Работата по образуването на критично ядро ​​на нова фаза Тоалетна. Например, по време на хомогенна кондензация на пара при налягане , където стр 0 - налягане на парите над плоската повърхност на течността (уравнение на Гибс, виж Генериране на нова фаза).

7. Дължината l на капилярните вълни върху повърхността на течността: , където ρ е плътността на течността, τ е периодът на трептене, ж- ускорение на гравитацията.

8. Еластичност на течни филми със слой повърхностно активно вещество: модул на еластичност , където с- област на филма (уравнение на Гибс, вижте Тънки филми).

Повърхностно напрежениеизмерено за много чисти вещества и смеси (разтвори, стопилки) в широк диапазон от температури и състави. Дотолкова доколкото повърхностно напрежениемного чувствителни към наличието на примеси, измерванията по различни методи не винаги дават едни и същи стойности.

Основните методи за измерване са както следва:

1. повишаване на омокрящите течности в капилярите. Височина на повдигане, където е разликата между плътностите на течността и изместения газ, ρ е радиусът на капиляра. Точност на дефиницията повърхностно напрежениенараства с намаляване на съотношението ρ/α (α е капилярната константа на течността).

2. Измерване на максималното налягане в газовия мехур (метод на Ребиндер); изчислението се основава на уравнението на Лаплас. Когато балонът се изстиска в течност през калибриран капиляр с радиус r, преди момента на отделяне, налягането p m =2σ/r

3. Метод на капково претегляне (сталагмометрия): (уравнение на Тейт), където г- общо тегло нкапки, отделящи се под действието на гравитацията от среза на капилярна тръба с радиус r. За да се подобри точността, дясната страна се умножава по корекционен коефициент в зависимост от r и обема на капката.

4. Метод на балансиране на плочата (метод на Вилхелми). При потапяне на плоча с периметър на сечение Лв омокрящата течност теглото на плочата, където г 0 - тегло на сухата плоча.

5. Метод за откъсване на пръстена (метод Du Nuy). За да откъснете тел пръстен с радиус Ризисква се сила от повърхността на течността

6. Метод седяща капка. Профилът на капка върху ненамокряем субстрат се определя от условието, че сумата от хидростатичното и капилярното налягане е постоянна. Диференциалното уравнение на падащия профил се решава чрез числено интегриране (метод на Башфорт-Адамс). Чрез измерване на геометричните параметри на падащия профил с помощта на съответните таблици, те намират повърхностно напрежение.

7. Метод на въртяща се капка. Капка течност с плътност r 1 се поставя в епруветка с по-тежка (плътност r 2) течност. Когато тръбата се върти с ъглова скорост ω, капката се удължава по оста, приемайки приблизително формата на цилиндър с радиус r. Изчислително уравнение: . Методът се използва за измерване на малки повърхностно напрежениена границата между две течности.

Повърхностно напрежениее определящ фактор в много технологични процеси: флотация, импрегниране на порести материали, покритие, миещо действие, прахова металургия, запояване и др. повърхностно напрежениев процеси, протичащи в безтегловност.

концепция повърхностно напрежениее въведен за първи път от J. Segner (1752). През първата половина на XIX век. въз основа на идеята за повърхностно напрежениее разработена математическата теория на капилярните явления (П. Лаплас, С. Поасон, К. Гаус, А. Ю. Давидов). През втората половина на XIX век. Дж. Гибс разработва термодинамичната теория на повърхностните явления, в която решаваща роля играят повърхностно напрежение. През XX век. се разработват методи за регулиране повърхностно напрежениес помощта на повърхностноактивни вещества и електрокапилярни ефекти (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumkin). Сред съвременните актуални проблеми е развитието на молекулярната теория повърхностно напрежениеразлични течности (включително разтопени метали), ефектът на повърхностната кривина върху повърхностно напрежение.