Šajā nodarbībā tiks apspriesti šķidrumi un to īpašības. No mūsdienu fizikas viedokļa šķidrumi ir visgrūtākais pētījumu objekts, jo, salīdzinot ar gāzēm, vairs nevar runāt par niecīgu molekulu mijiedarbības enerģiju, un salīdzinājumā ar cietām vielām nevar runāt par sakārtots šķidruma molekulu izvietojums (šķidrumā nav liela attāluma kārtības) . Tas noved pie tā, ka šķidrumiem ir vairākas interesantas īpašības un to izpausmes. Viens šāds īpašums tiks apspriests šajā nodarbībā.

Sākumā apspriedīsim īpašās īpašības, kādas piemīt molekulām šķidruma virsmas slānī, salīdzinot ar molekulām, kas atrodas tilpumā.

Rīsi. 1. Atšķirība starp virsmas slāņa molekulām un molekulām, kas atrodas šķidruma lielākajā daļā

Aplūkosim divas molekulas A un B. Molekula A atrodas šķidruma iekšpusē, molekula B atrodas uz tās virsmas (1. att.). Molekulu A vienmērīgi ieskauj citas šķidruma molekulas, tāpēc spēki, kas iedarbojas uz molekulu A no molekulām, kas nonāk starpmolekulārās mijiedarbības sfērā, tiek kompensēti vai to rezultējošais ir nulle.

Kas notiek ar molekulu B, kas atrodas uz šķidruma virsmas? Atcerēsimies, ka gāzes molekulu koncentrācija, kas atrodas virs šķidruma, ir daudz mazāka nekā šķidruma molekulu koncentrācija. Molekulu B no vienas puses ieskauj šķidruma molekulas, bet no otras puses - ļoti retas gāzes molekulas. Tā kā no šķidruma puses uz to iedarbojas daudz vairāk molekulu, visu starpmolekulāro spēku rezultāts tiks novirzīts šķidrumā.

Tātad, lai molekula no šķidruma dziļumiem nonāktu virsmas slānī, ir jāstrādā pret nekompensētiem starpmolekulāriem spēkiem.

Atcerieties, ka darbs ir potenciālās enerģijas izmaiņas, kas ņemtas ar mīnusa zīmi.

Tas nozīmē, ka virsmas slāņa molekulām, salīdzinot ar molekulām šķidruma iekšpusē, ir pārmērīga potenciālā enerģija.

Šī liekā enerģija ir šķidruma iekšējās enerģijas sastāvdaļa un tiek saukta virsmas enerģija. To apzīmē kā , un tāpat kā jebkuru citu enerģiju mēra džoulos.

Acīmredzot, jo lielāks ir šķidruma virsmas laukums, jo vairāk molekulu ir potenciālās enerģijas pārpalikums, un tāpēc jo lielāka ir virsmas enerģija. Šo faktu var uzrakstīt šādas attiecības formā:

,

kur ir virsmas laukums un proporcionalitātes koeficients, ko mēs sauksim virsmas spraiguma koeficients, šis koeficients raksturo to vai citu šķidrumu. Pierakstīsim stingru šī daudzuma definīciju.

Šķidruma virsmas spraigums (šķidruma virsmas spraiguma koeficients) ir fizikāls lielums, kas raksturo doto šķidrumu un ir vienāds ar virsmas enerģijas attiecību pret šķidruma virsmas laukumu.

Virsmas spraiguma koeficientu mēra ņūtonos, dalot ar metru.

Apspriedīsim, no kā ir atkarīgs šķidruma virsmas spraiguma koeficients. Iesākumā atcerēsimies, ka virsmas spraiguma koeficients raksturo molekulu īpatnējās mijiedarbības enerģiju, kas nozīmē, ka faktori, kas maina šo enerģiju, mainīs arī šķidruma virsmas spraiguma koeficientu.

Tātad virsmas spraiguma koeficients ir atkarīgs no:

1. Šķidruma raksturs ("gaistošiem" šķidrumiem, piemēram, ēterim, spirtam un benzīnam, ir mazāks virsmas spraigums nekā "negaistošiem" šķidrumiem - ūdenim, dzīvsudrabam un šķidriem metāliem).

2. Temperatūras (jo augstāka temperatūra, jo zemāks virsmas spraigums).

3. Virsmaktīvās vielas, kas samazina virsmas spraigumu (virsmaktīvās vielas), piemēram, ziepes vai veļas pulveris.

4. Gāzi robežojošā šķidruma īpašības.

Ņemiet vērā, ka virsmas spraiguma koeficients nav atkarīgs no virsmas laukuma, jo vienai atsevišķai virsmas molekulai ir absolūti mazsvarīgi, cik daudz līdzīgu molekulu ir apkārt. Pievērsiet uzmanību tabulai, kurā parādīti dažādu vielu virsmas spraiguma koeficienti temperatūrā:

1. tabula. Šķidrumu virsmas spraiguma koeficienti saskarnē ar gaisu, plkst

Tātad virsmas slāņa molekulām ir pārmērīga potenciālā enerģija, salīdzinot ar molekulām šķidruma lielākajā daļā. Mehānikas kursā tika parādīts, ka jebkura sistēma tiecas uz minimālu potenciālo enerģiju. Piemēram, no noteikta augstuma izmests ķermenis mēdz nokrist. Turklāt jūs jūtaties daudz ērtāk guļus stāvoklī, jo šajā gadījumā jūsu ķermeņa masas centrs ir pēc iespējas zemāks. Pie kā šķidruma gadījumā noved vēlme samazināt savu potenciālo enerģiju? Tā kā virsmas enerģija ir atkarīga no virsmas laukuma, jebkuram šķidrumam ir enerģētiski neizdevīgi liels virsmas laukums. Citiem vārdiem sakot, brīvā stāvoklī šķidrumam ir tendence padarīt savu virsmu minimālu.

To var viegli pārbaudīt, eksperimentējot ar ziepju plēvi. Ja noteiktu stieples rāmi iemērc ziepju šķīdumā, uz tā izveidosies ziepju plēve, un plēve iegūs tādu formu, ka tās virsmas laukums ir minimāls (2. att.).

Rīsi. 2. Figūras no ziepju šķīduma

Jūs varat pārbaudīt virsmas spraiguma spēku esamību, izmantojot vienkāršu eksperimentu. Ja vītne ir piesieta pie stieples gredzena divās vietās, lai vītnes garums būtu nedaudz lielāks par auklas garumu, kas savieno vītnes stiprinājuma punktus, un iemērciet stieples gredzenu ziepju šķīdumā (Zīm. 3a), ziepju plēve noklās visu gredzena virsmu un pavediens gulēs uz ziepju plēves. Ja tagad saplēsiet plēvi vienā vītnes pusē, ziepju plēve, kas palikusi vītnes otrā pusē, sarausies un pievelk diegu (3.b attēls).

Rīsi. 3. Eksperiments, lai noteiktu virsmas spraiguma spēkus

Kāpēc tas notika? Fakts ir tāds, ka ziepju šķīdumam, kas paliek augšpusē, tas ir, šķidrumam, ir tendence samazināt tā virsmas laukumu. Tādējādi pavediens tiek uzvilkts uz augšu.

Tātad, mēs esam pārliecināti par virsmas spraiguma esamību. Tagad uzzināsim, kā to aprēķināt. Lai to izdarītu, veiksim domu eksperimentu. Nolaidīsim ziepju šķīdumā stiepļu rāmi, kura viena no malām ir kustīga (4. att.). Mēs izstiepsim ziepju plēvi, pieliekot spēku rāmja kustīgajai pusei. Tādējādi uz šķērsstieni iedarbojas trīs spēki - ārējais spēks un divi virsmas spraiguma spēki, kas darbojas gar katru plēves virsmu. Izmantojot Ņūtona otro likumu, mēs to varam uzrakstīt

Rīsi. 4. Virsmas spraiguma spēka aprēķins

Ja ārēja spēka ietekmē šķērsstienis pārvietojas uz attālumu, tad šis ārējais spēks darbosies

Protams, šī darba rezultātā palielināsies plēves virsmas laukums, kas nozīmē, ka palielināsies arī virsmas enerģija, ko mēs varam noteikt ar virsmas spraiguma koeficientu:

Savukārt platības izmaiņas var noteikt šādi:

kur ir stieples rāmja kustīgās daļas garums. Ņemot to vērā, mēs varam rakstīt, ka ārējā spēka veiktais darbs ir vienāds ar

Pielīdzinot labās puses (*) un (**), iegūstam virsmas spraiguma spēka izteiksmi:

Tādējādi virsmas spraiguma koeficients ir skaitliski vienāds ar virsmas spraiguma spēku, kas iedarbojas uz virsmu norobežojošās līnijas garuma vienību.

Tātad, mēs atkal esam pārliecināti, ka šķidrumam ir tendence iegūt tādu formu, ka tā virsmas laukums ir minimāls. Var parādīt, ka noteiktam tilpumam sfēras virsmas laukums būs minimāls. Tādējādi, ja uz šķidrumu neiedarbojas citi spēki vai to ietekme ir maza, šķidrumam būs tendence iegūt sfērisku formu. Tā, piemēram, ūdens izturēsies pie nulles gravitācijas (5. att.) vai ziepju burbuļos (6. att.).

Rīsi. 5. Ūdens nulles gravitācijā

Rīsi. 6. Ziepju burbuļi

Virsmas spraiguma spēku klātbūtne var izskaidrot arī to, kāpēc uz ūdens virsmas “guļ” metāla adata (7. att.). Adata, kas rūpīgi novietota uz virsmas, to deformē, tādējādi palielinot šīs virsmas laukumu. Tādējādi rodas virsmas spraiguma spēks, kam ir tendence samazināt šādas platības izmaiņas. Rezultējošie virsmas spraiguma spēki tiks vērsti uz augšu, un tas kompensēs gravitācijas spēku.

Rīsi. 7. Adata uz ūdens virsmas

Tādā pašā veidā var izskaidrot pipetes darbības principu. Piliens, kuru ietekmē gravitācija, tiek novilkts uz leju, tādējādi palielinot tā virsmas laukumu. Dabiski rodas virsmas spraiguma spēki, kuru rezultātais ir pretējs gravitācijas virzienam un kas neļauj pilienam izstiepties (8. att.). Nospiežot pipetes gumijas vāciņu, rodas papildu spiediens, kas palīdz gravitācijai, un rezultātā piliens nokrīt.

Rīsi. 8. Kā darbojas pipete

Sniegsim vēl vienu piemēru no ikdienas. Iemērcot otu ūdens glāzē, matiņi sapūtīsies. Ja jūs tagad izņemat šo otu no ūdens, jūs pamanīsit, ka visi matiņi ir pielipuši viens pie otra. Tas ir saistīts ar faktu, ka ūdens virsmas laukums, kas pielīp pie otas, būs minimāls.

Un vēl viens piemērs. Ja vēlaties uzcelt pili no sausām smiltīm, jums diez vai tas izdosies, jo smiltis gravitācijas ietekmē sabruks. Tomēr, ja jūs slapināsiet smiltis, tās saglabās savu formu, pateicoties ūdens virsmas spraiguma spēkiem starp smilšu graudiem.

Visbeidzot, mēs atzīmējam, ka virsmas spraiguma teorija palīdz atrast skaistas un vienkāršas analoģijas sarežģītāku fizisko problēmu risināšanai. Piemēram, ja nepieciešams uzbūvēt vieglu un tajā pašā laikā spēcīgu konstrukciju, palīgā nāk fizika, kas notiek ziepju burbuļos. Un bija iespējams izveidot pirmo adekvāto atoma kodola modeli, pielīdzinot šo atoma kodolu uzlādēta šķidruma pilienam.

Bibliogrāfija

1. G. Ja Mjakiševs, B. B. Bukhovcevs, N. N. Sotskis. "Fizika 10". - M.: Izglītība, 2008.
2. Ya. E. Geguzin “Bubbles”, Quantum Library. - M.: Nauka, 1985. gads.
3. B. M. Javorskis, A. A. Pinskis “Fizikas pamati” 1. sēj.
4. G. S. Landsbergs “Elementāra fizikas mācību grāmata” 1. sēj.

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

Mājasdarbs

1. Atrisinot šīs nodarbības uzdevumus, varat sagatavoties valsts pārbaudījuma 7., 8., 9. jautājumiem un vienotā valsts eksāmena jautājumiem A8, A9, A10.
2. Gelfgats I.M., Nenaševs I.Ju. "Fizika. Problēmu kolekcija 10. klasei" 5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
3. Pamatojoties uz 5.47. uzdevumu, nosakiet ūdens un ziepju šķīduma virsmas spraiguma koeficientu.

Jautājumu un atbilžu saraksts

Jautājums: Kāpēc virsmas spraigums mainās līdz ar temperatūru?

Atbilde: Paaugstinoties temperatūrai, šķidruma molekulas sāk kustēties ātrāk, un tāpēc molekulas vieglāk pārvar potenciālos pievilkšanas spēkus. Kas noved pie virsmas spraiguma spēku samazināšanās, kas ir potenciālie spēki, kas saista šķidruma virsmas slāņa molekulas.

Jautājums: Vai virsmas spraiguma koeficients ir atkarīgs no šķidruma blīvuma?

Atbilde: Jā, tā ir, jo šķidruma virsmas slāņa molekulu enerģija ir atkarīga no šķidruma blīvuma.

Jautājums: Kādas metodes pastāv šķidruma virsmas spraiguma koeficienta noteikšanai?

Atbilde: Skolas kursā viņi pēta divus veidus, kā noteikt šķidruma virsmas spraiguma koeficientu. Pirmā ir stieples plēsšanas metode, tās princips aprakstīts 5.44. uzdevumā no mājasdarba, otrā ir pilienu skaitīšanas metode, kas aprakstīta 5.47. uzdevumā.

Jautājums: Kāpēc ziepju burbuļi pēc kāda laika sabrūk?

Atbilde: Fakts ir tāds, ka pēc kāda laika gravitācijas ietekmē burbulis apakšā kļūst biezāks nekā augšpusē, un pēc tam iztvaikošanas ietekmē tas kādā brīdī sabrūk. Tas noved pie tā, ka viss burbulis, tāpat kā balons, sabrūk nekompensētu virsmas spraiguma spēku ietekmē.

DEFINĪCIJA

Virsmas spraigums- šķidruma vēlme samazināt tā brīvo virsmu, t.i. samazināt tās potenciālās enerģijas pārpalikumu saskarnē ar gāzveida fāzi.

Aprakstīsim Virsmas spraiguma mehānismsšķidrumos. Šķidrums, atšķirībā no gāzēm, neaizpilda visu tvertnes tilpumu, kurā tas tiek ielejams. Starp šķidrumu un gāzi (vai tvaiku) veidojas saskarne, kas atrodas īpašos apstākļos salīdzinājumā ar pārējo šķidrumu. Aplūkosim divas molekulas A un B. Molekula A atrodas šķidruma iekšpusē, molekula B atrodas uz tās virsmas (1. att.). Molekulu A vienmērīgi ieskauj citas šķidruma molekulas, tāpēc spēki, kas iedarbojas uz molekulu A no molekulām, kas ietilpst starpmolekulārās mijiedarbības sfērā, tiek kompensēti jeb, citiem vārdiem sakot, to rezultants ir nulle. Molekulu B no vienas puses ieskauj šķidruma molekulas, bet no otras puses gāzes molekulas, kuru koncentrācija ir daudz zemāka par šķidruma molekulu koncentrāciju. Tā kā uz molekulu B no šķidruma puses iedarbojas daudz vairāk molekulu nekā no gāzes puses, visu starpmolekulāro spēku rezultants vairs nebūs vienāds ar nulli un tiks novirzīts šķidruma tilpuma iekšpusē. Tātad, lai molekula no šķidruma dziļumiem nonāktu virsmas slānī, ir jāstrādā pret nekompensētiem starpmolekulāriem spēkiem. Tas nozīmē, ka virsmas slāņa molekulām, salīdzinot ar molekulām šķidruma iekšienē, ir potenciālās enerģijas pārpalikums, ko t.s. virsmas enerģija.

Acīmredzot, jo lielāks ir šķidruma virsmas laukums, jo vairāk molekulu ir potenciālās enerģijas pārpalikums, un tāpēc jo lielāka ir virsmas enerģija. Šo faktu var uzrakstīt šādas attiecības formā:

kur ir šķidruma virsmas enerģija, šķidruma brīvās virsmas laukums un proporcionalitātes koeficients, ko sauc virsmas spraiguma koeficients.

Virsmas spraiguma koeficients

DEFINĪCIJA

Virsmas spraiguma koeficients ir fizikāls lielums, kas raksturo doto šķidrumu un ir skaitliski vienāds ar virsmas enerģijas attiecību pret šķidruma brīvās virsmas laukumu:

Virsmas spraiguma SI vienība ir .

Šķidruma virsmas spraiguma koeficients ir atkarīgs: 1) no šķidruma rakstura (gaistošiem šķidrumiem, piemēram, ēterim, spirtam, benzīnam, virsmas spraiguma koeficients ir mazāks nekā negaistošiem šķidrumiem, piemēram, ūdenim, dzīvsudrabam); 2) uz šķidruma temperatūru (jo augstāka temperatūra, jo zemāks virsmas spraigums); 3) par gāzes īpašībām, kas robežojas ar doto šķidrumu; 4) no virsmaktīvo vielu, piemēram, ziepju vai veļas pulvera, klātbūtnes, kas samazina virsmas spraigumu. Jāņem vērā arī tas virsmas spraiguma koeficients nav atkarīgs no šķidruma brīvās virsmas laukuma.

No mehānikas ir zināms, ka sistēmas līdzsvara stāvokļi atbilst tās potenciālās enerģijas minimālajai vērtībai. Virsmas spraiguma dēļ šķidrums vienmēr iegūst formu ar minimālu virsmas laukumu. Ja uz šķidrumu neiedarbojas citi spēki vai to ietekme ir maza, šķidrums mēdz iegūt sfēras formu, piemēram, ūdens lāsi vai ziepju burbuli. Ūdens izturēsies arī nulles gravitācijas apstākļos. Šķidrums uzvedas tā, it kā spēki, kas iedarbojas tangenciāli uz tā virsmu, sarauj (velk) šo virsmu. Šos spēkus sauc virsmas spraiguma spēki.

Tāpēc virsmas spraiguma koeficients var definēt arī kā virsmas spraiguma spēka moduli, kas iedarbojas uz kontūras garuma vienību, ierobežojot šķidruma brīvo virsmu:

Virsmas spraiguma spēku klātbūtne liek šķidruma virsmai izskatīties kā elastīgai izstieptai plēvei, ar vienīgo atšķirību, ka elastīgie spēki plēvē ir atkarīgi no tās virsmas laukuma (t.i., no tā, kā plēve tiek deformēta) un virsmas. spriedzes spēki nav atkarīgi no šķidruma virsmas laukuma. Ja uz ūdens virsmas novietosiet šujamo adatu, virsma izlocīsies un neļaus tai nogrimt. Virsmas spraiguma spēku darbība var izskaidrot vieglo kukaiņu, piemēram, ūdenslīdēju, slīdēšanu pa rezervuāru virsmu (2. att.). Ūdens soļotāja pēda deformē ūdens virsmu, tādējādi palielinot tās laukumu. Rezultātā rodas virsmas spraiguma spēks, kam ir tendence samazināt šādas platības izmaiņas. Rezultātā virsmas spraiguma spēki tiks virzīti uz augšu, kompensējot gravitācijas spēku.

Pipetes darbības princips ir balstīts uz virsmas spraiguma spēku darbību (3. att.). Piliens, kuru ietekmē gravitācija, tiek novilkts uz leju, tādējādi palielinot tā virsmas laukumu. Dabiski rodas virsmas spraiguma spēki, kuru rezultāts ir pretējs gravitācijas virzienam un kas neļauj pilienam izstiepties. Nospiežot pipetes gumijas vāciņu, rodas papildu spiediens, kas palīdz gravitācijai, izraisot piliena nokrišanu.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums	Ar ziepju šķīdumu saskaras plāns alumīnija gredzens ar rādiusu 7,8 cm. Ar kādu spēku jūs varat noplēst gredzenu no šķīduma? Uzskatiet, ka šķīduma temperatūra ir istabas temperatūra. Gredzena svars 7 g.
Risinājums	Taisīsim zīmējumu. Uz gredzenu iedarbojas šādi spēki: gravitācija, virsmas spraigums un ārējais spēks. Tā kā gredzens saskaras ar šķīdumu gan no ārējās, gan iekšējās puses, virsmas spraiguma spēks ir vienāds ar: Kontūras garums, kas ierobežo šķidruma virsmu, šajā gadījumā ir vienāds ar gredzena apkārtmēru: Ņemot vērā pēdējo, virsmas spraiguma spēks: Nosacījums gredzena atdalīšanai no šķīduma virsmas ir šāds: No tabulām ziepju šķīduma virsmas spraiguma koeficients istabas temperatūrā. Smaguma paātrinājums Pārrēķināsim mērvienības SI sistēmā: gredzena rādiuss, gredzena masa kg. Aprēķināsim:
Atbilde	Lai noņemtu gredzenu no šķīduma. jāpieliek 0,11 N spēks.

2. PIEMĒRS

Vingrinājums	Cik daudz enerģijas atbrīvojas, kad mazi ūdens pilieni ar rādiusu mm saplūst vienā pilē ar rādiusu 2 mm?
Risinājums	Pilienu virsmas slāņa potenciālās enerģijas izmaiņas, kas saistītas ar pilienu virsmas laukuma samazināšanos, kad tās saplūst vienā pilē, ir vienādas ar: Kur visu mazo pilienu virsmas laukums, liela piliena virsmas laukums, ūdens virsmas spraiguma koeficients. Ir skaidrs, ka: kur r ir maza piliena rādiuss, R ir liela piliena rādiuss, n ir mazu pilienu skaits. Maza piliena masa: liela piliena masa: Tā kā mazi pilieni saplūst vienā lielā pilē, mēs varam rakstīt: no kurienes nāk mazu pilienu skaits: un visu mazo pilienu virsmas laukums ir: Tagad noskaidrosim enerģijas daudzumu, kas izdalās, kad pilieni saplūst: No tabulām ūdens virsmas spraiguma koeficients. Pārveidosim mērvienības SI sistēmā: maza kritiena rādiuss liela krituma rādiuss. Aprēķināsim:
Atbilde	Kad pilieni saplūst, J enerģija tiek atbrīvota.

3. PIEMĒRS

Vingrinājums	Noteikt virsmas spraiguma koeficientu eļļai, kuras blīvums ir vienāds ar , ja, laižot eļļu caur pipeti, tiek iegūti 304 pilieni. Pipetes kakliņa diametrs ir 1,2 mm.
Risinājums	Eļļas piliens nokrīt no pipetes, kad gravitācija ir vienāda ar virsmas spraigumu:

“Mēs saskārāmies ar tādu parādību kā ūdens pile (rakstos “Ūdens pile - kā tas ir” un “Cik ūdens piliens sver”). Virsmas spraigums ir atbildīgs par ūdens sfērisko formu. Mēģināsim šodien runāt par ūdens filtriem, virsmas spraigums un veselība. Paskatīsimies, vai šeit ir kādas svarīgas (vai noderīgas) attiecības. Un tajā pašā laikā mēs skatīsimies video ar ūdeni bez gravitācijas.

Ūdens virsmas spraigums un veselība reti iet kopā. Parasti ir “minerāļi un veselība”, “dzīvais un mirušais ūdens”, “un”, “oksidācijas-reducēšanās potenciāls un veselība” un tā tālāk. Kas mūsuprāt ir dīvaini :)

Pastāv viedoklis: pazemināts ūdens virsmas spraigums sliktāk (labāk) ietekmē cilvēku. Un iemesls ir ūdens filtri. Jo viņi to maina.

Spriedze ir spēka pielietošana kaut kam dažādos virzienos. Piemēram, desmit cilvēki velk palagu dažādos virzienos. Palielinās loksnes spriegums. Var pat mēģināt uzlēkt uz palaga no augstuma un nesasist sev pārāk stipri :)

Ūdens virsmas spraigums - spēki velk virsmu dažādos virzienos.

Izrādās, ka ūdens virsma ir izstiepta? Sakarā ar ko tas ir izstiepts, kas, tā teikt, “velk palagu”? Ūdens molekulas struktūras dēļ. Kā jūs atceraties, ūdens molekulai ir pozitīvi un negatīvi stabi. Kas savā starpā veido ūdeņraža saites.

Šķidruma tilpumā molekulas tiek piesaistītas no visur, pievilkšanas spēki ir līdzsvaroti. Un virspusē spriedze nāk tikai no “apakšas”. Spēki nav līdzsvaroti, virsma velkas uz sevi. Un, kad gravitācija tam neiejaucas (piemēram, nulles gravitācijā), šis spēks sasniedz savu mērķi, ūdens nulles gravitācijā pārvēršas par bumbu.

Pretējā gadījumā: molekulas robežslānī, atšķirībā no molekulām tā dziļumā, ir tikai puse ieskautas. Ūdeņraža saites ievelk tās uz iekšu un nostiprina virsmu. Tas būtu aptuveni tas pats, ja mūsu 10 cilvēki ietītu sevi palagā un ievilktu to no visa spēka. Viņi veidotu kaut ko līdzīgu bumbiņai. Bet starp cilvēkiem ir tukšumi, kur var ietilpt palags. Bet ūdenim nav tukšumu. Tātad mēs iegūstam perfektu bumbu :)

Ja mēs rakām ļoti dziļi: ja molekula pārvietojas no virsmas uz šķidrumu, starpmolekulārās mijiedarbības spēki veiks pozitīvu darbu. Gluži pretēji, lai izvilktu noteiktu skaitu molekulu no šķidruma dziļumiem uz virsmu (tas ir, lai palielinātu šķidruma virsmas laukumu), ir nepieciešams tērēt pozitīvu ārējo spēku darbu, proporcionālu virsmas laukuma izmaiņām. Tātad virsmas spraiguma spēks ir vienāds ar spēku, kas jāpieliek, lai palielinātu virsmas laukumu uz laukuma vienību. Uzziņai: ūdens virsmas spraigums ir 0,07286 N/m.

Virsmas spraiguma piemēri no Wikipedia:

1. Nulles gravitācijas apstākļos piliens iegūst sfērisku formu (sfērai ir mazākais virsmas laukums starp visām vienādas ietilpības figūrām).
2. Ūdens straume “salīp kopā” cilindrā.
3. Mazie priekšmeti, kuru blīvums ir lielāks par šķidruma blīvumu, spēj “peldēt” uz šķidruma virsmas, jo gravitācijas spēks ir mazāks par spēku, kas neļauj palielināt šķidruma laukumu. Tātad adata vai neliela monēta var peldēt pa ūdens virsmu.
4. Daži kukaiņi (piemēram, ūdenslīdēji) spēj pārvietoties pa ūdeni, paliekot uz tā virsmas virsmas spraiguma spēku ietekmē.
5. Uz daudzām virsmām, ko sauc par nesamitrinātām, ūdens (vai cits šķidrums) uzkrājas pilienos.

Tagad pāriesim pie filtriem un ūdens virsmas spraiguma.

Vai tiem varētu būt kāds sakars ar virsmas spraigumu?

Ejam līdz galam pa ūdeni.

• Vispirms ūdens nonāk rupjā filtrā, kur tiek noņemtas smiltis un citas proporcionālas daļiņas.
• Tālāk, visbiežāk, ūdens iet caur aktīvās ogles filtru. Hlors (ja tāds ir) un organiskās vielas (ja ogles to spēj) ir noņemtas.
• Parasti turpmākā reversā osmoze ir daļēji caurlaidīga barjera; Stiklā ieplūst tīrs ūdens un citi sāļi utt. novadīts kanalizācijā.

Kādos posmos ar ūdeni notiek kaut kas, kas maina tā spēju noturēties? Tas ir, tas maina virsmas spraigumu? Ja tas notiek, tad tas ir reversās osmozes stadijā, jo ūdens tiek izspiests cauri ļoti mazām šķiedrām un kaut kādā veidā virpuļo.

Apmēram tas pats notiek vārīšanas (arī ūdens attīrīšanas) laikā - ūdens tilpums tiek sadalīts mazākās, salīdzinoši nekustīgās daļās. Starp citu, rezultāts ir temperatūras aktivizēts ūdens. Kam, pēc vairāku pētnieku domām, virsmas spraigums ir mazāks nekā avota ūdenim.

Diemžēl mēs neatradām precīzus datus par to, cik daudz virsmas spraigums samazinās vārīšanas vai attīrīšanas ar reversās osmozes laikā.

Vēl viens piemērs ir elektromagnētiskā ūdens apstrāde. Šeit virsmas spraiguma samazināšanos apstiprina interesants eksperiments. Tādējādi augi, kurus laista ar iesāļu ūdeni, neaug labi. Iemesls ir tāds, ka viņiem ir grūti iesūkt ūdeni ar sāļiem, kas neizlaiž ūdeni augā. Tomēr iesāļais ūdens pēc elektromagnētiskās apstrādes vieglāk nokļūst augos, un tie netiek tik spēcīgi nomākti.

Tomēr arī šeit nav skaitlisku datu vai eksperimentu.

Tagad atgriezieties pie galvenā jautājuma:

Vai virsmas spraigums un veselība ir saistīti?

Atkal nav eksperimentālu datu. Bet to var pieņemt teorētiski, pamatojoties uz mūsu zināšanām par ūdens virsmas spraigumu.

Tātad, jo zemāks ir ūdens virsmas spraigums, jo labāk tas uzsūcas šūnās (jo tas neiztur un netraucē virsmas spraigumu). Līdz ar to vielmaiņas produkti un citas kaitīgās vielas no šūnām tiks izvadītas ātrāk. Kopumā ķermenis būs veselīgāks nekā tāds, kurā vielmaiņas produkti un toksiskās vielas tiek izvadītas lēnāk.

Tātad secinājums ir vienkāršs:

Pat ja filtri samazina virsmas spraigumu, tas neietekmēs veselību.

Pamatojoties uz materiāliem no http://voda.blox.ua/

Meistarklase “Ūdens virsmas spraigums”.

Fizikas skolotājs MKOU "A.V. Grjaznova vārdā nosauktā 8. vidusskola" IMRSC

Mērķis: parādīt studentu radošās darbības attīstību virsmas spraiguma fenomena izpētes laikā. Izglītojoši : virsmas spraiguma fenomena izpēte.Attīstošs: attīstīt spēju novērot, eksperimentēt, iegūt zināšanas, saprast, novērtēt un korelēt savu viedokli ar citu viedokli, prast izdarīt secinājumus. Izglītojot: izkopt skaistuma izjūtu, cieņu pret dabu, spēju vadīt dialogu, ieklausīties citos un saprātīgi aizstāvēt viedokli. Metodes, paņēmieni, veidi: -viedokļu apmaiņa, grupu diskusija, diskusija;
-eksperiments. Aprīkojums: dators un prezentācijas,...... es . Ievadsmeistarklasē galveno mērķu un uzdevumu apzīmējums:(1. slaids) Dārgie kolēģi. Ikviena skolotāja galvenais uzdevums mūsdienās ir palīdzēt iegūt pamatīgas zināšanas, attīstīt skolēnu spējas, iepazīstināt viņus ar radošām aktivitātēm, palīdzot skolēnam atvērties un labāk izmantot radošo potenciālu. Un, galvenais, pielietot iegūtās zināšanas nākotnē, spēt orientēties mūsdienu pasaulē. Tāpēc es uztvēru diženā I.V vārdus kā mācību stundas epigrāfu. Gēte: “Tikai zināšanas vēl nav viss, Zināšanas ir jāizmanto prasmīgi" Nākotnē skolēnam būs jārisina daudzas problēmas, kas nereti saistītas ar tehnisko pusi, tāpēc skolā skolotāja vadībā ir jāattīsta aktīva patstāvīga darbība, kuras rezultātā rodas radoša profesionālo zināšanu meistarība. , prasmes, iemaņas un domāšanas spēju attīstība. Katrs no mums savā ikdienā ne reizi vien ir sastapies un saskaras ar parādībām, kas no vienas puses ir ikdienišķas, bet, no otras puses, tajā pašā laikā pārsteidzošas, nemaz nedomājot par to, ar kādām ievērojamām fiziskām parādībām mums ir darīšana un pat neesmu domājis, kā tos izskaidrot!.( 2. slaids)

Pat mazi bērni ļoti labi zina, ka Lieldienu kūkas un pilis var būvēt tikai no mitrām smiltīm. Sausie smilšu graudi nelīp viens pie otra. Bet arī pilnībā ūdenī iegremdēti smilšu graudi viens pie otra nelīp. Kāpēc ūdens strideri tik viegli pārvietojas pa ūdens virsmu? Kāpēc lapsenes, spāres un daži kukaiņi var viegli nolaisties un pacelties no ūdens virsmas? Mēģināsim izskaidrot šīs parādības.

Bet vispirms veiksim dažus eksperimentus. .

Pieredze Nr.1 "Peldošās saspraudes"

Aprīkojums glāze tīra ūdens, vairākas saspraudes, no kurām viena ir nedaudz saliekta

Vingrinājums . Paņemiet vienu saspraudi un viegli nolaidiet to uz ūdens virsmas, lai tā paliktu uz virsmas. (Galvenais ir to darīt ļoti uzmanīgi, nespiežot ūdens glāzi. Ja tas neizdodas, tad uzlieciet sauso saspraudi uz iztaisnotā un atkal nolaidiet to uz ūdens virsmas, vienlaikus uzmanīgi nolaižot uz leju. )

Eksperiments Nr. 2 “Eļļas piliens”

Aprīkojums:pipete ar augu eļļu, zobu bakstāmais, mazgāšanas līdzeklis.

Izmantojot pipeti, uzlieciet eļļas pilienu uz ūdens virsmas. Ko jūs ievērojat? Tagad pieskarieties mazgāšanas līdzekļa šķīdumā iemērktā zobu bakstāmā galu ūdens virsmai blakus eļļai, centrā. Ko jūs novērojat?

(Ieteicamā atbilde: eļļa vispirms saplūda bumbiņā, un tad traips sāka kustēties un izkliedēties)

Eksperiments Nr.3 “Ziepju plēve”

Aprīkojums:šķīdums ziepju burbuļa pūšanai, stieples gredzens ar rokturi, ziepju šķīdumā samērcēts zobu bakstāmais.

Iemērciet gredzenu ziepju šķīdumā un novērojiet ziepju plēvi atstarotajā gaismā. Izdurt gredzenu ar zobu bakstāmo. Ko jūs pamanījāt? (Ieteicamā atbilde: gredzenā ir plāna plēvīte; caurdurot ar zobu bakstāmo, tā paliek)

Apkoposim veiktos eksperimentus.

Ūdenim ir īpašība atbalstīt vieglus priekšmetus uz virsmas, un, pievienojot ziepju šķīdumu, eļļa un plēve stiepjas. (3. slaids)

Skolotājs:

Eksperimenti ir parādījuši, ka ūdenim ir pārsteidzoša īpašība - izveidot "filmu". Brīvas virsmas klātbūtne šķidrumā nosaka īpašu parādību esamību, ko sauc par virsmas parādībām. Tie rodas tāpēc, ka šķidruma iekšpusē esošās molekulas un molekulas uz tā virsmas atrodas dažādos apstākļos. RĀDĪT SLAIDĀ ) Uz ūdens virsmas ir mazāk molekulu nekā iekšpusē. Tāpēc “iekšējās” molekulas tiek novilktas uz leju, izstiepjot šķidruma virsmu. Šķidruma tilpumā molekulas tiek piesaistītas no visur, pievilkšanas spēki ir līdzsvaroti. Bet virspusē spriedze nāk tikai no “apakšas”. Spēki nav līdzsvaroti, virsma velkas uz sevi. UN ja nav ārēju spēku, šķidrumam jābūt ar vismazāko virsmas laukumu noteiktā tilpumā un tam jābūt sfēras formā. Tas ir tieši tas, kas nosaka mazu pilienu un burbuļu sfērisko formu.

Attīstība.

Mums jau ir pirmā ideja par virsmas spraigumu, tāpēc sāksim aizpildīt tabulu (GRAP DIAGRAMMA)

Virsmas spraigums

Virsmas spraiguma izmantošana sadzīvē, medicīnā...

ΙΙΙ.Pētījumi. Un tagad ir pienācis laiks veikt pētījumus, mēs veicam šādus eksperimentus.

Pieredze Nr.4

"Kas ir lielāks: aukstā ūdens virsmas spraigums vai karstā ūdens virsmas spraigums?"

Eksperimentāli nosaka, vai ūdens virsmas spraigums palielinās vai samazinās tā temperatūras izmaiņu rezultātā.

Eksperimenta mērķis: parādīt, ka ūdens virsmas spraigums ir atkarīgs no temperatūras.

Materiāli: zobu bakstāmie, dzelzs nagla, spirta lampa, glāze tīra ūdens (dzelzs naglu, spirta lampu var aizstāt ar sērkociņiem).

Process:

Sildiet dzelzs naglu spirta lampā un turiet to tuvu ūdens virsmai starp diviem zobu bakstāmajiem (vai ielejiet karstu ūdeni uz ūdens virsmas starp zobu bakstāmajiem).

(Aizdedziet sērkociņu un novietojiet to starp zobu bakstāmajiem)

Rezultāti:

Pieredze Nr.5

"Kas ir lielāks: tīra ūdens virsmas spraigums vai ziepju šķīduma virsmas spraigums?"

Eksperimentāli nosaka, vai ūdens virsmas spraigums palielinās vai samazinās, izšķīdinot tajā ziepes.

Eksperimenta mērķis: parādīt, ka tīra ūdens virsmas spraigums ir lielāks par ziepju šķīduma virsmas spraigumu.

Materiāli: trīs zobu bakstāmie, trauku mazgāšanas līdzeklis, bļoda ar tīru ūdeni.

Process:

Novietojiet divus zobu bakstāmos kociņus ūdens virsmas vidū tā, lai tie būtu blakus.

Iemērciet trešā zobu bakstāmā galu trauku mazgāšanas šķidrumā (piezīme: nepieciešams tikai neliels šķidruma daudzums)

Iemērciet trešā zobu bakstāmā galu ūdenī starp pārējiem diviem.

Rezultāti: divus zobu bakstāmos ātri noņem vienu no otra. Izskaidrojiet novēroto parādību.

Pieredze Nr.6

"Kas ir lielāks: tīra ūdens virsmas spraigums vai cukura šķīduma virsmas spraigums?"

Eksperimentāli nosaka, vai ūdens virsmas spraigums palielinās vai samazinās, izšķīdinot tajā cukuru.

Eksperimenta mērķis: parādīt, ka tīra ūdens virsmas spraigums ir lielāks par cukura šķīduma virsmas spraigumu.

Materiāli: zobu bakstāmie, cukura konfektes, bļoda ar tīru ūdeni.

Process:

Novietojiet divus zobu bakstāmos kociņus ūdens virsmas vidū tā, lai tie būtu blakus.

Iemērciet cukurkonfekti tīrā ūdenī un iemērciet to ūdenī starp diviem zobu bakstāmajiem.

Rezultāti: divus zobu bakstāmos ātri noņem vienu no otra. Izskaidrojiet novēroto parādību.

Secinājums.

Dalībnieki apspriež savus eksperimentālos rezultātus un nonāk pie vispārīga secinājuma, ka:

1. Brīvas virsmas klātbūtne šķidrumā nosaka īpašu parādību esamību, ko sauc par virsmas parādībām. Tie rodas tāpēc, ka šķidruma iekšpusē esošās molekulas un molekulas uz tā virsmas atrodas dažādos apstākļos.

2. Virsmas spraigums ir atkarīgs no šķidruma veida, tā temperatūras un piemaisījumu klātbūtnes. Palielinoties temperatūrai, tas samazinās un pilnībā izzūd kritiskā temperatūrā, kā rezultātā pazūd saskarne starp šķidrumu un tā piesātinātajiem tvaikiem.

Skolotājs: Pēc eksperimentu veikšanas novērojām, ka visos gadījumos virsmas spraigums samazinās. Kā jūs domājat: vai ir iespējams to palielināt? Apskatīsim tabulu un izdarīsim secinājumu.

.
Secinājums.Ūdenim ir augsts virsmas spraigums, un tikai dzīvsudrabam ir vislielākais.

Virsmas spraiguma spēku izpausmes ir tik dažādas, ka tās visas pat nav iespējams uzskaitīt. Ļaujiet man sniegt jums vienu piemēru.

Gibraltāra šaurums savieno Vidusjūru un Atlantijas okeānu. Šķiet, ka ūdeņi ir atdalīti ar plēvi, un starp tiem ir skaidra robeža. Katrai no tām ir sava temperatūra, savs sāls sastāvs, flora un fauna.

1967. gadā vācu zinātnieki atklāja faktu, ka Sarkanās jūras un Indijas okeāna ūdeņi nesajaucas. Sekojot savu kolēģu piemēram, Žaks Kusto sāka noskaidrot, vai Atlantijas okeāna un Vidusjūras ūdeņi sajaucas. Pirmkārt, viņš un viņa komanda pētīja Vidusjūras ūdeni - tā dabisko sāļuma līmeni, blīvumu un tam raksturīgās dzīvības formas. To pašu viņi darīja Atlantijas okeānā. Šīs divas ūdens masas Gibraltāra šaurumā satiekas jau tūkstošiem gadu un būtu loģiski pieņemt, ka šīm divām milzīgajām ūdens masām jau sen vajadzēja sajaukties – to sāļumam un blīvumam vajadzēja kļūt vienādam vai vismaz līdzīgam. . Bet pat vietās, kur tie saplūst vistuvāk, katrs no tiem saglabā savas īpašības. Citiem vārdiem sakot, divu ūdens masu saplūšanas vietā ūdens priekškars neļāva tām sajaukties! Atlantijas okeāna un Vidusjūras ūdeņi nespēj sajaukties. Virsmas spraiguma lielumu nosaka dažādas jūras ūdens blīvuma pakāpes, šis faktors ir kā siena, kas novērš ūdeņu sajaukšanos.Šeit runa ir par virsmas spraigumu: virsmas spraigums ir viens no svarīgākajiem ūdens parametriem. Tas nosaka saķeres spēku starp šķidruma molekulām, kā arī tās virsmas formu pie robežas ar gaisu.

ΙV stiprinājums.

Skolotājs:Tagad veiksim vizuālus eksperimentus , kas saistīti ar virsmas spraigumu.

Pieredze Nr.7 "Apburtais Sipija kauss".

Jums ir mazas monētas (30-40 gab.). Ielejiet pilnu glāzi ūdens un uzziniet: cik no šīm monētām var ielikt glāzē ūdens, līdz tā izlīst? Tagad uzmanīgi nolaidiet vienu monētu glāzē. Nu ko? Cik der? Kā mainījās ūdens virsmas slāņa forma? Izskaidro kapec?

(Atbilde: Virsmas spraigums savāc ūdeni. Ja paskatās uzmanīgi, var redzēt, ka menisks turpina stikla sieniņu līniju, pa vidu paceļoties lokā.)

Skolotājs: Šodien daudz uzzinājām par virsmas spraigumu, tā kā mūsu semināra tēma ir saistīta ar jēgpilnu lasīšanu, iepazīsim kādu noderīgu informāciju. Lasīšanas laikā vēlos ieteikt izmantot tehnoloģiju “Ievietot”, veicot piezīmes pie malām, lai pēc tam varētu turpināt aizpildīt tabulas ailes.

Teksta lasīšana ar piezīmēm:

+ Es to zināju

- Es nezināju, ka

? Es vēlētos uzzināt vairāk

! tas mani pārsteidza

Virsmas spraigums

Kāpēc ziepju burbulim ir bumbiņas forma?

No kā ir atkarīgs virsmas spraigums?

V . Modelēšana.

Šodien mēģināju parādīt, ka ar pētījumu un vienkāršu, vizuālu paņēmienu palīdzību var ne tikai veidot fizisko zināšanu, prasmju un iemaņu sistēmu fizikas stundās, bet arī palielināt radošo aktivitāti, provocēt interese veikt eksperimentus. Ir nepieciešams viņam dot iespēja eksperimentēt un nebaidīties no kļūdām, mudiniet skolēnus izdarīt secinājumus un aizstāvēt savu viedokli.

V . Atspulgs. Es gribēju pabeigt nodarbību ar vēl vienu virsmas spraiguma eksperimentu.

Pieredze Nr.8 Krāsu eksplozija šķīvī

Eksperimentam būs nepieciešams: šķīvis, pilnpiens, šķidrās ziepes, vates tamponi un dažādu krāsu pārtikas krāsvielas. Darba plāns:

1. Ielejiet pienu šķīvī.

2. Pievienojiet dažus pilienus krāsas pienam.

3. Iemērciet divus vates tamponus šķidrās ziepēs un iemērciet tos šķīvī ar pienu.

Rezultāts:Pievienojot krāsu pienam, uz virsmas veidojas skaistas krāsas noplūdes. Pievienojot šķidrās ziepes, krāsa kļūst svītraina un veido negaidītus rakstus uz piena virsmas.

Nobeigumā es gribu teikt ar Nikolaja Ostrovska vārdiem:

"Radošais darbs ir

skaista, neparasti smaga

un pārsteidzoši priecīgs darbs. ”

Literatūra:

Russkikh, G. A. Meistarklase - tehnoloģija skolotāju sagatavošanai radošai profesionālai darbībai [Teksts] / G. A. Russkikh // Metodists. – 2002. gads

Seļevko, G.K. Alternatīvās pedagoģiskās tehnoloģijas [Teksts] / G. K. Selevko - M.: Skolu tehnoloģiju pētniecības institūts, 2005. - 224 lpp.

Sovetova, E. V. Efektīvas izglītības tehnoloģijas [Teksts] / E. V. Sovetova. – Rostova n/d: Fēnikss, 2007. – 285 lpp.

Khurtova, T.V. Skolotāju profesionālās apmācības formas: meistarklases [Teksts] / T. V. Hurtova - Volgograda: Skolotājs, 2008. – 76 lpp.