Un lichid este o stare agregată a materiei, intermediară între gazos și solid, de aceea are proprietăți atât ale substanțelor gazoase, cât și ale celor solide. Lichidele, ca și solidele, au un anumit volum, iar ca și gazele, ele iau forma vasului în care se află. Moleculele de gaz practic nu sunt interconectate de forțele interacțiunii intermoleculare. În acest caz, energia medie a mișcării termice a moleculelor de gaz este mult mai mare decât energia potențială medie din cauza forțelor de atracție dintre ele, astfel încât moleculele de gaz se împrăștie în direcții diferite, iar gazul ocupă întregul volum furnizat acestuia. .

În corpurile solide și lichide, forțele de atracție dintre molecule sunt deja semnificative și țin moleculele la o anumită distanță unele de altele. În acest caz, energia medie a mișcării termice haotice a moleculelor este mai mică decât energia potențială medie din cauza forțelor interacțiunii intermoleculare și nu este suficient să depășim forțele de atracție dintre molecule, astfel încât solidele și lichidele au o anumită volum.

Analiza de difracție cu raze X a lichidelor a arătat că natura aranjamentului particulelor lichide este intermediară între un gaz și un solid. În gaze, moleculele se mișcă aleatoriu, deci nu există niciun model în aranjarea lor reciprocă. Pentru solide, așa-numitele comanda pe termen lungîn aranjarea particulelor, adică aranjarea lor ordonată, repetându-se pe distanțe lungi. În lichide, așa-numitele comanda pe raza scurtaîn aranjarea particulelor, adică aranjarea lor ordonată, repetându-se la distanțe comparabile cu cele interatomice.

Teoria fluidului nu a fost complet dezvoltată până în prezent. Mișcarea termică într-un lichid se explică prin faptul că fiecare moleculă oscilează un timp în jurul unei anumite poziții de echilibru, după care sare într-o nouă poziție, care se află la o distanță de ordinul distanței interatomice față de cea inițială. Astfel, moleculele unui lichid se mișcă destul de lent în întreaga masă a lichidului, iar difuzia are loc mult mai lent decât în ​​gaze. Odată cu creșterea temperaturii lichidului, frecvența mișcării oscilatorii crește brusc, mobilitatea moleculelor crește, ceea ce este motivul scăderii vâscozității lichidului.

Forțele atractive acționează asupra fiecărei molecule a lichidului din partea moleculelor din jur, scăzând rapid cu distanța, de aceea, începând de la o anumită distanță minimă, forțele de atracție dintre molecule pot fi neglijate. Această distanță (aproximativ 10 -9 m) se numește raza de acțiune moleculară r , și o sferă de rază r-sfera de actiune moleculara.

Selectați o moleculă în interiorul lichidului DARși desenați o sferă de rază în jurul ei r(fig.10.1). Este suficient, conform definiției, să se țină cont de acțiunea asupra unei molecule date doar a acelor molecule care se află în interiorul sferei.

Fig.10.1. actiune moleculara. Forțele cu care aceste molecule acționează asupra moleculei DAR, sunt direcționate în direcții diferite și, în medie, sunt compensate, astfel încât forța rezultată care acționează asupra unei molecule din interiorul lichidului din alte molecule este egală cu zero. Situația este diferită dacă molecula, de exemplu molecula LA, situat la o distanţă de suprafaţă r.În acest caz, sfera de acțiune moleculară este doar parțial situată în interiorul lichidului. Deoarece concentrația moleculelor în gazul situat deasupra lichidului este mică în comparație cu concentrația lor în lichid, forța rezultată F, aplicat pe fiecare moleculă a stratului de suprafață, nu este egal cu zero și este direcționat în interiorul lichidului. Astfel, forțele rezultate ale tuturor moleculelor stratului de suprafață exercită presiune asupra lichidului, numit molecular(sau intern). Presiunea moleculară nu acționează asupra unui corp plasat într-un lichid, deoarece se datorează forțelor care acționează numai între moleculele lichidului însuși.

Energia totală a particulelor lichide este suma energiei mișcării lor termice haotice și a energiei potențiale datorate forțelor interacțiunii intermoleculare. Pentru a muta o moleculă de la adâncimea lichidului la stratul de suprafață, trebuie cheltuită munca. Această muncă se face în detrimentul energiei cinetice a moleculelor și duce la creșterea energiei potențiale a acestora. Prin urmare, moleculele stratului de suprafață al lichidului au o energie potențială mai mare decât moleculele din interiorul lichidului. Această energie suplimentară deținută de moleculele din stratul de suprafață al unui lichid se numește energie de suprafață, este proporțională cu aria stratului Δ S:

Δ W=σ Δ S,(10.1)

Unde σ – coeficientul tensiunii superficiale, definită ca densitatea energiei de suprafață.

Întrucât starea de echilibru este caracterizată de un minim de energie potențială, lichidul, în absența forțelor exterioare, va lua o astfel de formă încât, pentru un volum dat, să aibă o suprafață minimă, adică. forma mingii. Observând cele mai mici picături suspendate în aer, putem observa că acestea au într-adevăr formă de bile, dar oarecum distorsionate din cauza acțiunii forțelor gravitației. În condiții de imponderabilitate, o picătură de orice lichid (indiferent de mărimea acestuia) are o formă sferică, care a fost dovedită experimental pe nave spațiale.

Deci, condiția pentru echilibrul stabil al unui lichid este un minim de energie de suprafață. Aceasta înseamnă că lichidul pentru un anumit volum ar trebui să aibă cea mai mică suprafață, adică. lichidul tinde să reducă suprafața liberă. În acest caz, stratul de suprafață al lichidului poate fi asemănat cu o peliculă elastică întinsă în care acționează forțele de tensiune.

Luați în considerare suprafața unui lichid delimitată de un contur închis. Sub acţiunea forţelor de tensiune superficială (sunt îndreptate tangenţial la suprafaţa lichidului şi perpendicular pe secţiunea conturului pe care acţionează), suprafaţa lichidului s-a contractat şi conturul considerat s-a deplasat. Forțele care acționează din zona selectată către zonele adiacente fac treaba:

Δ A=fΔ lΔ X,

Unde f=F/Δ l -forța de tensiune superficială, acționând pe unitatea de lungime a conturului suprafeței lichide. Se poate observa că Δ lΔ X= Δ S, acestea.

Δ A=f∆S.

Această muncă se realizează prin reducerea energiei de suprafață, adică

Δ Α =Δ W.

Din compararea expresiilor se poate observa că

adică, coeficientul de tensiune superficială σ este egal cu forța de tensiune superficială pe unitatea de lungime a conturului care delimitează suprafața. Unitatea de măsură a tensiunii superficiale este newton pe metru (N/m) sau joule pe metru pătrat (J/m2). Majoritatea lichidelor la o temperatură de 300K au o tensiune superficială de ordinul 10 -2 -10 -1 N/m. Tensiunea superficială scade odată cu creșterea temperaturii, pe măsură ce distanțele medii dintre moleculele lichide cresc.

Tensiunea superficială depinde în esenţă de impurităţile prezente în lichide.substanţe , lichidele care reduc tensiunea superficială se numesc substanțe tensioactive (surfactanți). Săpunul este cel mai cunoscut surfactant pentru apă. Își reduce foarte mult tensiunea superficială (de la aproximativ 7,5 10 -2 până la 4,5 10 -2 N/m). Agenții tensioactivi care scad tensiunea superficială a apei sunt și alcoolii, eterii, uleiul etc.

Există substanțe (zahăr, sare) care cresc tensiunea superficială a unui lichid datorită faptului că moleculele lor interacționează cu moleculele lichidului mai puternic decât moleculele lichidului interacționează între ele.

În construcții, agenții tensioactivi sunt utilizați pentru prepararea soluțiilor utilizate la prelucrarea pieselor și structurilor care funcționează în condiții atmosferice nefavorabile (umiditate ridicată, temperaturi ridicate, expunere la radiații solare etc.).

Fenomen de umezire

Din practică se știe că o picătură de apă se întinde pe sticlă și ia forma prezentată în Fig. 10.2, în timp ce mercurul de pe aceeași suprafață se transformă într-o picătură oarecum aplatizată. În primul caz, se spune că lichidul udă suprafață dură, în a doua - nu se uda a ei. Udarea depinde de natura forțelor care acționează între moleculele straturilor de suprafață ale mediului în contact. Pentru un lichid de umectare, forțele atractive dintre moleculele lichidului și solidului sunt mai mari decât între moleculele lichidului însuși, iar lichidul tinde să crească

suprafata de contact cu un corp solid. Pentru un lichid neumeziv, forțele de atracție dintre moleculele lichidului și solidului sunt mai mici decât cele dintre moleculele lichidului, iar lichidul tinde să reducă suprafața de contact cu solidul.

Trei forțe de tensiune superficială sunt aplicate liniei de contact a trei medii (punctul 0 este intersecția sa cu planul desenului), care sunt direcționate tangențial în suprafața de contact a celor două medii corespunzătoare. Aceste forțe, pe unitatea de lungime a liniei de contact, sunt egale cu tensiunile de suprafață corespunzătoare σ 12 , σ 13 , σ 23 . Injecţie θ între tangentele la suprafața unui lichid și a unui solid se numește unghiul marginii. Condiția pentru echilibrul unei picături este egalitatea cu zero a sumei proiecțiilor forțelor tensiunii superficiale pe direcția tangentei la suprafața solidului, i.e.

–σ 13 + σ 12 + σ 23 cos θ =0 (10.2)

cos θ =(σ 13 - σ 12)/σ 23 . (10.3)

Din conditia ca unghiul de contact poate fi acut sau obtuz in functie de valori σ 13 și σ 12 . În cazul în care un σ 13 >σ 12 , apoi cos θ >0 și unghi θ ascuțit, adică lichidul udă o suprafață solidă. În cazul în care un σ 13 <σ 12 , apoi cos θ <0 и угол θ – tocit, adică lichidul nu udă suprafața tare.

Unghiul de contact satisface condiția (10.3) dacă

(σ 13 - σ 12)/σ 23 ≤1.

Dacă condiția nu este îndeplinită, atunci picătură de lichid pentru orice valoare θ nu poate fi în echilibru. În cazul în care un σ 13 >σ 12 +σ 23, apoi lichidul se răspândește pe suprafața solidului, acoperindu-l cu o peliculă subțire (de exemplu, kerosen pe suprafața sticlei), - avem umezire completă(în acest caz θ =0).

În cazul în care un σ 12 >σ 13 +σ 23 , apoi lichidul se restrânge într-o picătură sferică, în limita având un singur punct de contact cu acesta (de exemplu, o picătură de apă la suprafața parafinei), - avem neumedare completă(în acest caz θ =π).

Udarea și neumedarea sunt concepte relative, adică. Un lichid care udă o suprafață solidă nu udă pe alta. De exemplu, apa uda sticla, dar nu uda parafina; Mercurul nu umezește sticla, dar curăță suprafețele metalice umede.

Fenomenele de umezire și neumedare sunt de mare importanță în tehnologie. De exemplu, în metoda de îmbogățire prin flotație a minereului (separarea minereului de roca sterilă), minereul zdrobit fin este agitat într-un lichid care udă roca sterilă și nu udă minereul. Aerul este suflat prin acest amestec și apoi se stabilește. În același timp, particulele de rocă umezite cu lichid se scufundă în fund, iar boabele de minerale se „lipesc” de bulele de aer și plutesc la suprafața lichidului. La prelucrarea metalelor, acestea sunt umezite cu lichide speciale, ceea ce facilitează și accelerează tratarea suprafeței.

În construcții, fenomenul de umezire este important pentru prepararea amestecurilor lichide (chituri, chituri, mortare pentru așezarea cărămizilor și pregătirea betonului). Este necesar ca aceste amestecuri lichide să umezească bine suprafețele structurilor clădirii pe care sunt aplicate. La selectarea componentelor amestecului, se iau în considerare nu numai unghiurile de contact pentru perechile amestec-suprafață, ci și proprietățile tensioactive ale componentelor lichide.

Tensiunea superficială descrie capacitatea unui fluid de a rezista forței gravitaționale. De exemplu, apa de pe suprafața unei mese formează picături pe măsură ce moleculele de apă sunt atrase unele de altele, ceea ce contracarează forța gravitațională. Datorită tensiunii superficiale, obiectele mai grele, cum ar fi insectele, pot fi ținute la suprafața apei. Tensiunea superficială se măsoară în forță (N) împărțită la unitatea de lungime (m) sau la cantitatea de energie pe unitatea de suprafață. Forța cu care interacționează moleculele de apă (forța de coeziune) provoacă tensiune, rezultând picături de apă (sau alte lichide). Tensiunea de suprafață poate fi măsurată cu câteva elemente simple găsite în aproape fiecare casă și un calculator.

Pași

Cu ajutorul unui rocker

Scrieți ecuația pentru tensiunea superficială.În acest experiment, ecuația pentru determinarea tensiunii superficiale este următoarea: F = 2Sd, Unde F- forta in newtoni (N), S- tensiunea superficială în newtoni pe metru (N/m), d este lungimea acului folosit în experiment. Exprimăm tensiunea superficială din această ecuație: S = F/2d.

• Forța va fi calculată la sfârșitul experimentului.
• Înainte de a începe experimentul, utilizați o riglă pentru a măsura lungimea acului în metri.

1. Construiește un rocker mic.În acest experiment, un balansoar și un mic ac care plutește pe suprafața apei sunt folosite pentru a determina tensiunea superficială. Este necesar să se ia în considerare cu atenție construcția balansierului, deoarece precizia rezultatului depinde de aceasta. Puteți folosi diverse materiale, principalul lucru este să faceți o bară orizontală din ceva dur: lemn, plastic sau carton gros.

   • Determinați centrul tijei (de exemplu, o riglă de paie sau de plastic) pe care o veți folosi ca bară transversală și găuriți sau fă o gaură în acest loc; acesta va fi punctul de sprijin al barei transversale, pe care se va roti liber. Dacă utilizați un pai de plastic, doar străpungeți-l cu un ac sau un cui.
   • Găuriți sau faceți găuri în capetele barei transversale, astfel încât acestea să fie la aceeași distanță de centru. Treceți firele prin orificiile de care veți agăța cupa de greutăți și acul.
   • Dacă este necesar, sprijiniți balansoarul cu cărți sau alte obiecte care sunt suficient de puternice pentru a menține bara în poziție orizontală. Este necesar ca bara transversală să se rotească liber în jurul unui cui sau tijă blocată în mijlocul acesteia.

2. Luați o bucată de folie de aluminiu și pliați-o într-o formă de cutie sau farfurie. Nu este deloc necesar ca această farfurie să aibă forma corectă pătrată sau rotundă. Îl vei umple cu apă sau cu altă greutate, așa că asigură-te că poate suporta greutatea.

   • Agățați cutia de folie sau farfuria de un capăt al barei. Faceți găuri mici de-a lungul marginilor farfurii și treceți un fir prin ele, astfel încât farfuria să atârne de bara transversală.

3. Agățați un ac sau o agrafă de celălalt capăt al barei transversale, astfel încât să fie orizontală. Legați un ac sau o agrafă orizontal de un fir care atârnă de celălalt capăt al barei transversale. Pentru ca experimentul să reușească, este necesar să poziționați acul sau agrafa exact pe orizontală.

4. Pune ceva pe bar, cum ar fi plastilina, pentru a echilibra recipientul din folie de aluminiu. Înainte de a continua cu experimentul, este necesar să vă asigurați că bara transversală este situată orizontal. Farfuria din folie este mai grea decât acul, așa că bara va cădea pe o parte. Atașați suficientă plastilină pe partea opusă a barei transversale, astfel încât să fie orizontală.

   • Aceasta se numește echilibrare.

5. Puneți un ac suspendat sau o agrafă într-un recipient cu apă. Acest pas va necesita un efort suplimentar pentru a poziționa acul pe suprafața apei. Asigurați-vă că acul nu este scufundat în apă. Umpleți un recipient cu apă (sau alt lichid cu tensiune superficială necunoscută) și puneți-l sub acul suspendat, astfel încât acul să fie direct pe suprafața lichidului.

   • În același timp, asigurați-vă că frânghia care ține acul rămâne pe loc și este suficient de întinsă.

6. Cântăriți câțiva ace sau o cantitate mică de picături măsurate de apă la scară mică. Veți adăuga un știft sau o picătură de apă în farfuria de aluminiu de pe balansoar. În acest caz, este necesar să se cunoască greutatea exactă la care acul se va desprinde de pe suprafața apei.

   • Numărați numărul de ace sau picături de apă și cântăriți-le.
   • Determinați greutatea unui știft sau a unei picături de apă. Pentru a face acest lucru, împărțiți greutatea totală la numărul de ace sau picături.
   • Să presupunem că 30 de știfturi cântăresc 15 grame, apoi 15/30 = 0,5, adică un știft cântărește 0,5 grame.

7. Adăugați ace sau picături de apă pe rând într-o farfurie de folie de aluminiu până când acul se desprinde de pe suprafața apei. Adăugați treptat un ac sau o picătură de apă. Urmăriți acul cu atenție pentru a nu rata momentul în care, după următoarea creștere a încărcăturii, acesta se va desprinde de pe apă. Odată ce acul iese de pe suprafața lichidului, nu mai adăugați ace sau picături de apă.

   • Numărați numărul de ace sau picături de apă care au luat acul de la capătul opus al barei transversale pentru a se desprinde de pe suprafața apei.
   • Înregistrați rezultatul.
   • Repetați experimentul de câteva (5 sau 6) ori pentru a obține rezultate mai precise.
   • Calculați valoarea medie a rezultatelor obținute. Pentru a face acest lucru, adunați numărul de pini sau picături din toate experimentele și împărțiți suma la numărul de experimente.

8. Convertiți numărul de pini în putere. Pentru a face acest lucru, înmulțiți numărul de grame cu 0,00981 N/g. Pentru a calcula tensiunea superficială, trebuie să cunoașteți forța necesară pentru a ridica acul de la suprafața apei. Deoarece ați calculat greutatea știfturilor în pasul anterior, pentru a determina rezistența, este suficient să înmulțiți această greutate cu 0,00981 N/g.

   • Înmulțiți numărul de știfturi introduse în farfurie cu greutatea unui știft. De exemplu, dacă puneți 5 ace cântărind 0,5 grame fiecare, greutatea lor totală ar fi de 0,5 grame/pin = 5 x 0,5 = 2,5 grame.
   • Înmulțiți numărul de grame cu factorul 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.

9. Înlocuiți valorile obținute în ecuație și găsiți valoarea dorită. Cu ajutorul rezultatelor obținute în timpul experimentului se poate determina tensiunea superficială. Doar introduceți valorile găsite și calculați rezultatul.

   • Să presupunem că în exemplul de mai sus, lungimea acului este de 0,025 metri. Introducând valorile în ecuație, obținem: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. Astfel, tensiunea superficială a lichidului este de 0,05 N/m.

Moleculele unui lichid interacționează între ele prin forțe de atracție și repulsie, care se manifestă vizibil la distanță. r, numită raza de acţiune moleculară (de ordinul mai multor diametre moleculare). Raza sferei r numită sfera de acţiune moleculară. Dacă molecula se află în stratul de suprafață, adică este la mai puțin de r distanță de suprafață, atunci rezultanta forțelor de atracție din moleculele din jur este direcționată în lichid. Prin urmare, pentru tranziția unei molecule din partea interioară a lichidului la suprafața sa, este necesar să lucreze, ca urmare, energia liberă a suprafeței crește. Energia de suprafață liberă pe unitatea de suprafață a unui lichid se numește coeficient de tensiune superficială:

unde A este munca care trebuie făcută pentru a crește aria suprafeței cu S. În sistemul SI, coeficientul de tensiune superficială (măsurat în J/m2.

În poziția de echilibru, energia liberă a sistemului este minimă, astfel că lichidul, lăsat singur, tinde să-și reducă suprafața. Să limităm mental orice secțiune a stratului de suprafață la un contur închis. În ea acționează forțe, numite forțe de tensiune superficială, îndreptate tangențial pe suprafața perpendicular pe secțiunea conturului pe care acţionează. Coeficientul tensiunii superficiale (poate fi definit și ca forța pe unitatea de lungime a conturului care delimitează suprafața:

Unitatea sa de măsură în sistemul SI este 1 N/m (tone pe metru = 1 J/m2, sau militone pe metru.

Coeficientul de tensiune superficială depinde de compoziția chimică a lichidului, de mediul cu care se învecinează și de temperatură. Scade cu creșterea temperaturii și dispare la temperatura critică.

În funcție de intensitatea interacțiunii moleculelor lichide cu particulele unui corp solid în contact cu acesta, este posibilă umezirea sau neumezirea unui corp solid de către un lichid. În ambele cazuri, suprafața lichidului de lângă limita cu solidul este curbată...

Tensiunea superficială a apei la diferite temperaturi

Tensiune superficială (la 20° C)

Tensiunea superficială a lichidelor

Substanţă	q, mN/m
Aluminiu topit (la t=7000 0 C, c)	840
Azot lichid (la t=-183 0 C,p)	6,2
Acetonă (p)	24
Apa (la t=0 0 С, in)	75,6
Apa (la t=20 0 С, in)	72,8
Apă (la t=100 0 С, in)	58,8
Apă (la t=374,15 0 С, in)	0
Aur topit (la t=1130 0 C, c)	1102
Glicerina (in)	63
Kerosen (la t=0 0 С, in)	29
Kerosen (c)	24
Oxigen lichid (la t=-183 0 C, c)	13,1
lapte (in)	46
ulei (in)	30
Soluție de săpun (c)	40
Mercur (n)	472
Plumb topit (la t=350 0 C, c)	442
Argint topit (la t=970 0 C, c)	930
Alcool (la t=0 0 C, in)	22
eter (p)	17

Tensiunea superficială a soluțiilor apoase (în dine/cm)
Conversie în SI: 1 dină/cm = 10 - 3 N/m

Solut	t, °C	Conținut, % în greutate
		5	10	20	50
H2SO4	18	-	74,1	75,2	77,3
HNO3	20	-	72,7	71,1	65,4
NaOH	20	74,6	77,3	85,8	-
NaCl	18	74,0	75,5	-	-
Na2SO4	18	73,8	75,2	-	-
NaNO 3	30	72,1	72,8	74,4	79,8
KC1	18	73,6	74,8	77,3	-
KNO 3	18	73,0	73,6	75,0	-
K2CO3	10	75,8	77,0	79,2	106,4
NH3	18	66,5	63,5	59,3	-
NH4C1	18	73,3	74,5	-	-
NH4NO3	100	59,2	60,1	61,6	67,5
MgCl2	18	73,8	-	-	-
CaCl2	18	73,7	-	-	-

Lichid–o substanță care se află în stare lichidă de agregare, ocupând o poziție intermediară între starea solidă și cea gazoasă. Proprietatea principală a unui lichid, care îl deosebește de substanțele aflate în alte stări de agregare, este capacitatea de a-și schimba nelimitat forma sub acțiunea unor tensiuni mecanice tangențiale, chiar și arbitrar mici, păstrând practic volumul.

Informații generale despre starea lichidă

Starea lichidă este de obicei considerată intermediară între un solid și un gaz: un gaz nu păstrează nici volum, nici formă, în timp ce un solid le păstrează pe ambele.

Forma corpurilor lichide poate fi determinată total sau parțial de faptul că suprafața lor se comportă ca o membrană elastică. Deci, apa se poate acumula în picături. Dar lichidul este capabil să curgă chiar și sub suprafața sa imobilă, iar aceasta înseamnă și neconservarea formei (a părților interne ale corpului lichid).

Moleculele unui lichid nu au o poziție definită, dar, în același timp, nu au libertate totală de mișcare. Există o atracție între ei, suficient de puternică încât să-i țină aproape.

O substanță în stare lichidă există într-un anumit interval de temperatură, sub care trece în stare solidă (se produce cristalizarea sau transformarea în stare solidă amorfă - sticlă), deasupra - în stare gazoasă (se produce 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 de agregare, ci și o fază termodinamică (fază lichidă).

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

Proprietățile fizice ale lichidelor

1 ).Fluiditate

Fluiditatea este principala proprietate a lichidelor. Dacă se aplică o forță externă unei secțiuni a unui fluid aflat în echilibru, atunci are loc un flux de particule de fluid în direcția în care se aplică această forță: fluidul curge. Astfel, sub acțiunea forțelor exterioare dezechilibrate, lichidul nu păstrează forma și dispunerea relativă a pieselor și, prin urmare, ia forma vasului în care se află.

Spre deosebire de solidele din plastic, un lichid nu are un punct de curgere: este suficient să aplicați o forță externă arbitrar mică pentru a face lichidul să curgă.

2).Conservarea volumului

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

Lichidele de obicei cresc în volum (se extind) când sunt încălzite și scad în volum (se contractă) când sunt răcite. Cu toate acestea, există excepții, de exemplu, compresele de apă atunci când sunt încălzite, la presiune și temperatură normale de la aproximativ.

3).Viscozitate

În plus, lichidele (cum ar fi gazele) se caracterizează prin vâscozitate. Este definită ca abilitatea de a rezista mișcării uneia dintre părți față de cealaltă - adică ca frecare internă.

Când straturile adiacente ale unui lichid se mișcă unul față de celălalt, are loc inevitabil o coliziune a moleculelor în plus față de cea datorată mișcării termice. Există forțe care încetinesc mișcarea ordonată. În acest caz, energia cinetică a mișcării ordonate este convertită în energie termică - energia mișcării haotice a moleculelor.

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

4).Miscibilitatea

Miscibilitatea este capacitatea lichidelor de a se dizolva unele în altele. Un exemplu de lichide miscibile: apă și alcool etilic, un exemplu de lichide nemiscibile: apă și ulei lichid.

5).Formarea liberă a suprafeței și tensiunea superficială

Datorită conservării volumului, lichidul este capabil să formeze o suprafață liberă. O astfel de suprafață este interfața fazelor unei substanțe date: pe de o parte există o fază lichidă, pe de altă parte - o fază gazoasă (abur) și, eventual, alte gaze, cum ar fi aerul.

Dacă fazele lichide și gazoase ale aceleiași substanțe sunt în contact, apar forțe care tind să reducă aria de interfață - forțe de tensiune superficială. Interfața se comportă ca o membrană elastică care tinde să se micșoreze.

6).unde de densitate

Deși un lichid este extrem de greu de comprimat, volumul și densitatea acestuia se schimbă pe măsură ce presiunea se schimbă. Nu se întâmplă instantaneu; deci, dacă o secțiune este comprimată, atunci o astfel de compresie este transmisă altor secțiuni cu o întârziere. Aceasta înseamnă că undele elastice, mai precis, undele de densitate, sunt capabile să se propagă în interiorul lichidului. Odată cu densitatea, se modifică și alte mărimi fizice, de exemplu temperatura.

Dacă în timpul propagării unei unde densitatea se modifică doar puțin, o astfel de undă se numește undă sonoră sau sunet.

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

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

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

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

Structura lichidelor

Studiile experimentale ale stării lichide a materiei, bazate pe observarea difracției razelor X și a fluxurilor de neutroni pe măsură ce acestea trec prin medii lichide, au relevat prezența în lichid. comanda pe raza scurta, adică prezența unei anumite ordini în aranjarea particulelor doar la o distanță mică de orice poziție selectată (Fig. 140).

Dispunerea reciprocă a particulelor învecinate în lichide este similară cu aranjarea ordonată a particulelor învecinate în cristale. Totuși, această ordonare în lichide se observă doar în interiorul unor volume mici. La distanțe: de la o moleculă „centrală” aleasă, ordonarea este încălcată ( este diametrul efectiv al moleculei). O astfel de ordonare în aranjarea particulelor în lichide se numește ordine pe distanță scurtă. .

Datorită absenței ordinii pe distanță lungă, lichidele, cu câteva excepții, nu prezintă anizotropia caracteristică cristalelor. Din acest motiv, structura unui lichid este uneori denumită cvasi-cristalină sau asemănătoare cristalului. .

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

Într-un mod simplificat, o astfel de mișcare termică poate fi reprezentată ca o suprapunere de salturi relativ rare de particule dintr-o poziție temporară de echilibru în alta și oscilații termice în intervalele dintre salturi. Timpul mediu de rezidență „sedentar” a unei molecule lichide în apropierea unei anumite poziții de echilibru se numește timp de relaxare. După expirarea timpului, molecula își schimbă locul de echilibru, sărind într-o nouă poziție, separată de cea anterioară printr-o distanță de ordinul mărimii moleculelor înseși. Astfel, molecula se mișcă lent în interiorul lichidului. Pe măsură ce temperatura crește, timpul scade, mobilitatea moleculelor crește, ceea ce atrage după sine o scădere a vâscozității lichidelor (crește fluiditatea). Conform expresiei figurative a lui Ya.I. Frenkel, moleculele rătăcesc în întregul volum al lichidului, ducând un stil de viață nomad, în care călătoriile de scurtă durată sunt înlocuite cu perioade relativ lungi de viață stabilită.

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

Datorită ordinii scăzute a stării lichide, teoria lichidelor se dovedește a fi mai puțin dezvoltată decât teoria gazelor și a solidelor cristaline. Nu există încă o teorie completă a fluidului.

Un tip special de lichide sunt niște compuși organici constând din molecule alungite sau în formă de disc, sau așa-numitele cristale lichide. Interacțiunea dintre moleculele din astfel de lichide tinde să alinieze axele lungi ale moleculelor într-o anumită ordine. La temperaturi ridicate, mișcarea termică împiedică acest lucru, iar substanța este un lichid obișnuit. La temperaturi sub cea critică, în lichid apare o direcție preferată și apare o ordine de orientare pe distanță lungă. Deși păstrează principalele caracteristici ale unui lichid, cum ar fi 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 monitoarele computerelor personale, televizoare, ca indicatoare, tablouri de bord 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 gratis, proporțional cu aria suprafeței libere a lichidului: . Deoarece energia liberă a unui sistem izolat tinde la minim, lichidul (în absența câmpurilor externe) tinde să capete o formă care are o suprafață minimă. Astfel, problema formei unui lichid se reduce la o problemă izoperimetrică în condiții suplimentare date (distribuție inițială, volum etc.). O picătură liberă ia forma unei sfere, totuși, în condiții mai complexe, problema formei suprafeței lichidului devine extrem de dificilă.

Lichidul, spre deosebire de gaze, nu umple întregul volum al vasului în care este turnat. Se formează o interfață între lichid și gaz (sau vapori), care se află în condiții speciale față de restul masei lichidului. Moleculele din stratul limită al unui lichid, spre deosebire de moleculele din adâncimea acestuia, nu sunt înconjurate de alte molecule ale aceluiași lichid din toate părțile. Forțele de interacțiune intermoleculară care acționează asupra uneia dintre moleculele din interiorul lichidului de la moleculele învecinate sunt, în medie, compensate reciproc (Fig. 141).

Dar toate moleculele, inclusiv cele ale stratului limită, trebuie să fie într-o stare de echilibru. Acest echilibru se realizează datorită unei scăderi a distanței dintre moleculele stratului de suprafață și vecinii lor cei mai apropiați din interiorul lichidului. Când distanța dintre molecule scade, apar forțe de respingere. Moleculele stratului de suprafață sunt oarecum mai dens împachetate și, prin urmare, au o rezervă suplimentară de energie potențială în comparație cu moleculele interioare. Prin urmare, moleculele stratului de suprafață al lichidului au energie potențială în exces în comparație cu moleculele din interiorul lichidului, egal cu energia liberă . .Astfel, energia potenţială a suprafeţei lichidului este proporţională 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 ar acționa tangențial la suprafața sa, reducând (contractând) această suprafață. Aceste forțe sunt numite forțele de tensiune superficială .

Să alegem un contur închis pe suprafața lichidă. Pentru toate moleculele care se află în interiorul acestui circuit, toate forțele sunt echilibrate reciproc. Cu toate acestea, pentru moleculele situate de-a lungul conturului, forțele îndreptate spre exterior sunt forțe externe; sunt perpendiculare pe perimetru și tangente la suprafața lichidului. Aceste forțe care întind filmul sunt forțele de tensiune superficială (Fig. 143).

Orez. 143.

Forța de tensiune superficială este direcționată tangențial la suprafața lichidului, perpendicular pe secțiunea conturului pe care acționează și este proporțională cu lungimea acestei secțiuni.: .

Prezența forțelor de tensiune superficială face ca suprafața lichidului să arate ca o peliculă elastică întinsă, cu singura diferență că forțele elastice din film depind de suprafața sa (adică de modul în care filmul este deformat) și de forțele de tensiune superficială. nu depinzi pe suprafața lichidului.

Convertor de lungime și distanță Convertor de masă Convertor de volum pentru alimente și alimente în vrac Convertor de zonă Convertor de volum și rețetă Convertor de unități Convertor de temperatură Convertor de presiune, stres, modul Young Convertor de energie și de lucru Convertor de putere Convertor de forță Convertor de timp Convertor de viteză liniar Convertor de unghi plat Convertor de eficiență termică și eficiență a combustibilului de numere în diferite sisteme numerice Convertor de unități de măsură ale cantității de informații Rate valutare Dimensiunile îmbrăcămintei și pantofilor pentru femei Dimensiunile îmbrăcămintei și pantofilor pentru bărbați Convertor de viteză unghiulară și de frecvență de rotație Convertor de accelerație Convertor de accelerație unghiulară Convertor de densitate Convertor de volum specific Convertor de moment de inerție Moment Convertor de forță Convertor de cuplu Convertor de putere calorică specifică (în masă) Convertor de densitate de energie și putere calorică specifică (în volum) Convertor de diferență de temperatură Convertor de coeficient Coeficient de dilatare termică Convertor de rezistență termică Convertor de conductivitate termică Convertor de capacitate termică specifică Convertor de expunere la energie și de putere radiantă Convertor de densitate a fluxului de căldură Convertor de coeficient de transfer de căldură Convertor de debit de volum Convertor de debit de masă Convertor de debit molar Convertor de densitate de flux de masă Convertor de concentrație molară Convertor de masă Concentrație (în soluție) Convertor de vâscozitate cinematică Convertor de tensiune de suprafață Convertor de permeabilitate la vapori Convertor de densitate a fluxului de vapori de apă Convertor de nivel sonor Convertor de sensibilitate pentru microfon Convertor de nivel de presiune sonoră (SPL) Convertor de nivel de presiune sonoră cu presiune de referință selectabilă Convertor de luminozitate Convertor de intensitate luminoasă Convertor de iluminare Convertor de grafică computerizată Convertor de frecvență și rezoluție de unde Puterea în dioptrii și distanță focală Distanță Putere în dioptrii și mărire a lentilei (×) Convertor de încărcare electrică Convertor de densitate de încărcare liniară Convertor de densitate de încărcare de suprafață Convertor de densitate de încărcare volumetrică Convertor de curent electric Convertor de densitate de curent liniar Convertor de densitate de curent de suprafață Convertor de intensitate a câmpului electric Convertor de potențial și tensiune electrostatic Convertor de rezistență electrică Convertor electric Rezistență Convertor de conductivitate electrică Convertor de conductivitate electrică Convertor de capacitate de inductanță Convertor de sârmă SUA Niveluri în dBm (dBm sau dBm), dBV (dBV), wați etc. unități Convertor de forță magnetică Convertor de intensitate a câmpului magnetic Convertor de flux magnetic Convertor de inducție magnetică Radiație. Radiații ionizante absorbite de doză Convertor Radioactivitate. Radiația convertizorului de dezintegrare radioactivă. Radiație de convertizor de doză de expunere. Convertor de doză absorbită Convertor de prefix zecimal Transfer de date Tipografie și unități de prelucrare a imaginii Convertor de unități de volum de lemn Calcularea masei molare Tabel periodic al elementelor chimice de D. I. Mendeleev

Valoarea initiala

Valoare convertită

newton pe metru milinewton pe metru gram-forță pe centimetru dină pe centimetru erg pe centimetru pătrat erg pe milimetru pătrat poundl pe inch liră-forță per inch

Intensitatea câmpului electric

Mai multe despre tensiunea superficială

Informatii generale

Tensiunea superficială este proprietatea unui lichid de a rezista forței care acționează asupra acestuia. În comparație cu alte lichide, tensiunea superficială apă una dintre cele mai înalte. Această proprietate a apei se datorează structurii sale moleculare, datorită căreia legăturile dintre molecule sunt mult mai puternice decât cele ale altor lichide.

Tensiunea superficială depinde de lichidul în sine și de structura sa moleculară, dar și de ce material este în contact acest lichid. Când vine vorba de tensiunea superficială în regnul animal și în multe alte exemple de mai jos, fie sistemul apă-aer, fie soluțiile apoase ale diferitelor substanțe sunt de obicei luate în considerare, deoarece acestea sunt cele mai comune sisteme care apar în natură.

Calcule ale tensiunii superficiale

Pentru a crește suprafața apei, adică pentru a întinde această suprafață, este necesar să se efectueze lucrări mecanice pentru a depăși forțele de tensiune superficială. Dacă fluidului nu se aplică alte forțe externe, acesta tinde să ia o formă în care suprafața acestui fluid este minimă. După cum vom vedea mai jos, cea mai optimă formă este o minge. În gravitate zero, lichidul ia într-adevăr forma unei mingi. Energia potențială a tensiunii superficiale se găsește prin formula:

E surf = σ S

Aici σ este coeficientul tensiunii superficiale și S este aria totală a lichidului. Această formulă poate fi exprimată și ca:

σ = surf/S

După cum se poate observa din această formulă, coeficientul de tensiune superficială σ este exprimat în jouli pe metru pătrat (J/m² = N/m). Adică, coeficientul de tensiune superficială la o temperatură constantă a lichidului este egal cu munca care trebuie făcută pentru a crește suprafața lichidului pe unitate de suprafață. Amintiți-vă că un joule este egal cu un newton înmulțit cu un metru și obținem o altă unitate de măsurare a tensiunii superficiale - newton pe metru (N / m).

Despre terminologie

Tensiunea superficială nu apare numai în sistemele aer-lichid. Cel mai adesea, când oamenii vorbesc despre forță în lungime, se referă la tensiunea superficială în sistemele lichid-gaz. Uneori vorbim de sisteme lichid-lichid, care au și tensiune superficială. Un exemplu de sistem lichid-lichid în care putem vorbi despre tensiunea superficială sunt lămpile cu lavă. Când lampa este stinsă, parafina din ea este în stare solidă, dar când este pornită, se încălzește, se topește și crește, deoarece în stare încălzită parafina este mai ușoară decât lichidul în care se află , iar în stare rece este mai greu.

Mecanism de tensiune superficială

Fiecare moleculă dintr-un lichid acționează asupra moleculelor din jur cu o anumită forță. În consecință, asupra fiecărei molecule acționează, de asemenea, un număr de forțe din direcții diferite de pe părțile laterale ale altor molecule. Acțiunea acestor forțe între molecule este prezentată în ilustrație. Aceste forțe apar din cauza faptului că atomii de hidrogen și de oxigen care formează apa sunt atrași unul de celălalt datorită diferenței de sarcini (sarcina negativă a oxigenului este atrasă de sarcina pozitivă a hidrogenului). Aceste forțe trag moleculele în direcții diferite, una spre alta.

Situația cu moleculele de pe suprafața unei substanțe este puțin diferită, deoarece amploarea forței cu care moleculele de aer acționează asupra moleculelor de apă este mult mai mică decât forța cu care moleculele de apă acționează unele asupra altora. După cum se arată în ilustrație, forțele care acționează asupra moleculelor de pe suprafața unui lichid sunt mai mici decât forțele care acționează asupra tuturor celorlalte molecule din interiorul substanței. Forțele care acționează asupra acestor molecule acționează asupra lor din părțile din care sunt înconjurate de alte molecule de apă, dar nu de la suprafață. Din această cauză, moleculele de la suprafață sunt atrase în lichid cu o forță mai mare decât sunt atrase spre suprafață. Din această cauză, la suprafață se formează un strat mult mai „durabil” de apă. Forțele care acționează asupra moleculelor de la suprafață fac ca suprafața să se contracte pentru a reduce cât mai mult aria suprafeței. În comparație cu alte legături, aceste legături sunt mult mai greu de rupt.

Forțele care acționează asupra moleculelor de apă determină prezența a două proprietăți ale apei - adeziuneși coeziune. Coeziunea este proprietatea moleculelor aceleiași substanțe de a se atrage reciproc. După cum am văzut din exemplele anterioare, moleculele de apă sunt foarte coezive. Datorită coeziunii, tensiunea superficială este posibilă.

Aderența, dimpotrivă, este proprietatea moleculelor de diferite substanțe sau materiale de a fi atrase unele de altele. De exemplu, dacă aderența dintre lichid și vas este mare, atunci lichidul „urcă” pe suprafața vasului, în timp ce zona din centrul lichidului rămâne pe loc. Acest lucru se vede clar în exemplul apei într-un vas de sticlă - se formează apa concav menisc dacă îl turnați într-un vas îngust.

Desigur, un menisc concav se va forma în orice vas de sticlă dacă nu este prea plin, dar acest efect este mult mai ușor de observat într-un vas îngust, cum ar fi o țeavă. Este demn de remarcat faptul că, în ilustrația unui pahar plin, meniscul convex. Acest lucru se datorează faptului că apa nu are nimic de „agățat” în afară de alte molecule de apă. Forma convexă a meniscului este cauzată de coeziunea dintre moleculele de apă. Procesul de formare a unui menisc convex este similar cu procesul de formare a picăturilor de apă, care este descris mai jos.

Dacă aderența dintre suprafața substanței și lichid este mică, atunci meniscul va fi convex. Acest lucru se datorează faptului că moleculele lichidului sunt atrase de alte molecule ale lichidului mai mult decât sunt atrase de suprafața vasului. Un bun exemplu de astfel de menisc este mercurul. Dacă aveți un dispozitiv de măsurare cu mercur în interior, cum ar fi un termometru, atunci puteți vedea cu ușurință acest menisc.

Exemple de tensiune superficială la locul de muncă

Exemple de tensiune superficială în viața de zi cu zi și tehnologie ne înconjoară peste tot. Efectul tensiunii superficiale este cel mai ușor de observat în sistemele apă-aer.

Picaturi de apa

Formarea picăturilor sferice are loc și datorită forțelor care atrag moleculele suprafeței lichidului spre interior. Imaginați-vă o picătură, deoarece copiii o desenează adesea - forma sa nu este deloc sferică, ci alungită, alungită în partea de sus și rotunjită în partea de jos. Cea mai obișnuită imagine a unei picături are această formă pentru că cel mai adesea vedem picături ca aceasta atunci când diferite forțe acționează asupra lor. De exemplu, așa arată picăturile care se rostogolesc pe suprafața frunzelor și a ramurilor copacilor și apoi curg în jos.

Când o picătură nu este încă sticlă de pe suprafața pe care se află, asupra ei acționează mai multe forțe, inclusiv forța de atracție. Apa își schimbă ușor forma, iar o picătură, înainte de a cădea, se întinde și reprezintă picătură agățată. Suntem familiarizați cu această formă, deoarece astfel de picături, spre deosebire de cele sferice, se mișcă destul de încet și sunt ușor de văzut.

Pe măsură ce picătura se întinde, atinge un punct de întindere maximă, după care forțele de tensiune superficială nu mai pot ține moleculele de picătură împreună. Picătura se desprinde de alte molecule de apă și cade. Pe măsură ce zboară în jos, influența forțelor înconjurătoare asupra sa scade și, datorită tensiunii superficiale, forma sa devine sferică, așa cum am discutat mai sus.

După cum puteți vedea în fotografia unei picături de cafea căzând într-o ceașcă dintr-un aparat de cafea espresso, forma acestei picături este foarte apropiată de sferică, deși este ușor deformată de forța gravitațională care acționează asupra ei.

Pentru a înțelege mecanismul din spatele formării unei picături sferice, se poate lua în considerare și tensiunea superficială în termeni de energie, ca în definiția acestui fenomen de mai sus. Particulele sunt atrase de alte particule cu sarcini opuse, așa că putem spune că aceste particule au o energie potențială care depinde de modul în care aceste molecule interacționează cu moleculele din jur. Moleculele de pe suprafața unui lichid nu sunt înconjurate de alte molecule de pe partea de suprafață, astfel încât energia lor potențială este mai mare. Un astfel de sistem tinde să reducă energia potențială, conform principiul energiei potenţiale minime. Aceasta înseamnă că moleculele cu o energie potențială mai mare tind să o reducă, de exemplu, schimbându-și forma. În cazul nostru, acest lucru se realizează prin schimbarea formei pe care o ia apa.

Cu tensiune de suprafață constantă, energia potențială poate fi redusă prin scăderea suprafeței. Este important de reținut că vorbim despre zona dintre molecule. Luând în considerare formulele pentru calcularea ariei diferitelor forme geometrice, observăm că mingea este cea mai potrivită pentru a reduce aria dintre molecule, adică această zonă pentru molecule de pe suprafața exterioară a mingii este minimă în comparație cu alte elemente geometrice. forme. Această relație poate fi dovedită folosind Ecuația Euler-Lagrange.

Modificarea tensiunii superficiale cu o modificare a temperaturii și a compoziției chimice a unei substanțe

Trebuie remarcat faptul că pe măsură ce temperatura crește, tensiunea superficială scade. Acest lucru se datorează faptului că pe măsură ce temperatura crește, moleculele devin mai active și intensitatea vibrațiilor lor crește. Ca urmare, distanța dintre molecule crește și legăturile dintre molecule slăbesc. Unele substanțe adăugate în apă, cum ar fi săpunul, reduc și tensiunea superficială, iar acest lucru permite apei să adere mai bine la alte suprafețe.

Tensiunea de suprafață redusă permite apei să pătrundă în pori și găuri greu accesibile, cum ar fi între fibrele țesăturii. Acest lucru este posibil datorită faptului că moleculele de apă sunt ușor separate unele de altele la tensiune superficială scăzută. De aceea, țesăturile, vasele și alte obiecte și suprafețe sunt cel mai adesea spălate cu apă fierbinte. Detergenții au același efect de reducere a tensiunii superficiale ca și încălzirea, așa că sunt adesea folosiți și pentru curățarea suprafețelor, adesea în combinație cu apa fierbinte.

Tensiunea superficială în capilare

Mai sus, ne-am uitat la formarea unui menisc din cauza aderenței, dar acesta nu este singurul exemplu despre cum se comportă lichidele în tuburile înguste și capilare. Lichidele se ridică în capilar sau tub datorită aderenței, dar pentru ca lichidul să se ridice prin tub în întregime fără a se rupe, este necesară și coeziunea pe lângă aderență. Cu cât capilarul este mai îngust, cu atât lichidul poate crește mai sus, deoarece într-un tub mai larg este posibil să nu existe suficientă tensiune superficială pentru a ridica o cantitate mare de apă.

Exemple ale acestui fenomen în capilare sunt prosoapele de hârtie, care absorb lichidele vărsate, îmbrăcămintea sport din material textil, care absoarbe transpirația și rădăcinile, care absorb apa din pământ și o deplasează de-a lungul trunchiului, către ramuri și frunze. Este demn de remarcat faptul că o astfel de mișcare a fluidului poate fi cauzată nu numai de tensiunea superficială, ci și de osmoză. Un fenomen interesant în templele hinduse cunoscut sub numele de miracolul laptelui explicată şi prin munca capilarelor. Minunea laptelui a fost după cum urmează. Vizitatorii unuia dintre templele hinduse din India au observat că statuile zeilor de pe teritoriul templului „au băut” laptele pe care credincioșii l-au lăsat pe farfurii în fața lor. Acest fenomen a fost văzut în alte temple din India, precum și în afara țării. Oamenii de știință explică acest fenomen prin munca capilarelor: piatra din care au fost sculptate statuile era poroasă, iar laptele se ridica prin capilarele din interiorul statuilor.

După cum se poate observa din aceste exemple, fără tensiune superficială nu ar exista fenomene de mișcare a lichidului prin capilare. Lichidul se poate lipi de pereții vasului dacă aderența dintre lichid și materialul vasului este mare, dar fără tensiune superficială, nu se poate strecura, deoarece nu se poate mișca în ansamblu.

Obiecte care plutesc pe suprafața unui lichid

Obiectele care nu se udă într-un lichid și au o densitate mai mare decât densitatea apei pot pluti pe suprafața apei datorită echilibrului dintre forțele care creează tensiunea superficială și forțele care trag corpul în jos, cum ar fi corpul. greutate. Aici vorbim doar de corpuri din materiale impermeabile. Dacă apa pătrunde în material sau se lipește de coajă, atunci imaginea devine mult mai complicată. Această proprietate a corpului de a rămâne la suprafață este ușor de demonstrat prin exemplul unei agrafe sau a unui ac care plutește pe suprafața apei. Coborâți cu grijă agrafa în apă, încercând să nu aplicați forță, o forță mare de tensiune superficială. Pentru a reduce cantitatea de apă care se lipește de suprafața agrafului și o face să se scufunde sub apă, acoperiți agrafa cu ulei. Dacă punem agrafa pe apă suficient de ușor, aceasta va rămâne la suprafața apei.

Forma picăturilor care se lipesc de o suprafață dură

În exemplele descrise mai devreme, am văzut că picăturile de apă tind să devină sferice pentru a reduce energia potențială din sistem. Uneori este imposibil să se obțină forma unei mingi, astfel încât picăturile capătă o formă care este cea mai apropiată de ea. Dacă o picătură de apă cade pe o suprafață solidă și se lipește de ea, atunci partea inferioară a picăturii, care este în contact cu această suprafață, va lua forma acestei suprafețe, de exemplu, va deveni plată. Acest lucru se datorează faptului că forța de atracție trage picătura spre suprafață. Suprafața picăturii, care este în contact doar cu aerul, va fi, dimpotrivă, apropiată de forma unei mingi. Ca urmare, picăturile de pe suprafețe plane, cum ar fi pe o foaie sau pe sticlă, capătă forma unei emisfere.

Când picăturile cad pe o suprafață solidă, ele capătă o formă care permite o reducere a suprafeței și rămân în această formă până când echilibrul dintre forțe este atât de perturbat încât tensiunea superficială nu mai poate menține picătura de pe suprafață în această formă. De exemplu, picăturile de rouă rămân pe țesătura cortului până când intră în contact cu o altă suprafață. Când picăturile s-au format pe exterior, dacă atingeți țesătura cortului din interior și vă îndepărtați mâna, tensiunea superficială se va rupe atât de mult încât picăturile vor pătrunde în țesătura cortului și apa va rămâne pe degete. .

Un fenomen interesant poate fi observat atunci când o băutură alcoolică, precum vinul, este turnată într-un pahar, mai ales când este vorba de vin cu un conținut ridicat de alcool. Pe pereții acestui pahar se formează picături de apă, cunoscut sub numele de „lacrimi de vin”.

Acest fenomen este cauzat de o serie de factori, inclusiv diferența de tensiune superficială dintre etanol și apă. După cum am menționat mai sus, tensiunea superficială a apei este ridicată în comparație cu alte lichide. Este de multe ori mai mare decât tensiunea superficială a alcoolului etilic. În amestecurile de apă și alcool, ca, de exemplu, în vin, moleculele de apă sunt atrase unele de altele mai mult decât de moleculele de alcool. Din această cauză, apa „fuge” din moleculele de alcool, în sus pe pereții paharului. Cu alte cuvinte, apa se deplasează de la moleculele de etanol către moleculele de apă.

Desigur, într-un pahar există etanol în vin, dar nu se află pe suprafața paharului deasupra nivelului vinului, așa că apa se mișcă exact în sus pe pereții paharului. În același timp, pe pereții deasupra nivelului vinului se formează picături asemănătoare lacrimilor. De aici și numele acestui fenomen.

Cu cât se adună mai multă apă într-o picătură și cu cât se ridică mai sus, cu atât îi este mai greu să rămână pe sticlă doar din cauza tensiunii superficiale. În cele din urmă, picătura curge înapoi în sticlă. Cu cât conținutul de alcool al vinului este mai mare, cu atât acest efect este mai pronunțat.

Tensiunea superficială în diagnosticul medical

Medicii folosesc informații despre tensiunea superficială a unei substanțe pentru a determina conținutul acesteia într-un amestec. De exemplu, unele forme de icter se caracterizează printr-un conținut ridicat de săruri biliare în urină. Prezența acestor săruri scade tensiunea superficială a urinei și, prin urmare, conținutul lor poate fi determinat verificând dacă o anumită substanță plutește sau se scufundă în urină, în cazul nostru pulbere de sulf. Nu se scufundă în urina unui pacient sănătos, dar dacă există un amestec de săruri biliare în ea, atunci tensiunea superficială nu este suficientă, iar pulberea de sulf se scufundă. Acest test se numește Testul lui Hay.

În natură

Măsurarea tensiunii superficiale

Există mai multe moduri de a găsi tensiunea superficială folosind diverse instrumente de măsurare. Mai jos luăm în considerare câteva sisteme de măsurare binecunoscute.

În dispozitivele de primul tip, se măsoară forța aplicată dispozitivului de măsurare ca urmare a tensiunii superficiale. Când se măsoară prin metoda ruperii inelului du Nouyși metoda du Nuy-Padey se estimează forța necesară pentru a ridica inelul sau respectiv acul de la suprafața lichidului. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța exercitată asupra unui inel sau ac din cauza tensiunii superficiale atunci când îl ridicăm de la suprafața unui lichid este egală ca mărime cu forța necesară pentru a ridica aceste obiecte de la suprafața apei. Adică, măsurând forța necesară pentru a ridica aceste obiecte, obținem și cantitatea de forță care le împiedică să se ridice.

metoda Wilhelmy măsoară forța care acționează asupra unei plăci de metal scufundată într-un lichid a cărui tensiune superficială se măsoară. Lichidul aderă la o placă, un inel sau un ac (ca și în metodele anterioare de măsurare), iar tensiunea superficială ține moleculele de lichid care aderă la suprafață, precum și restul moleculelor, împreună ca un întreg. Adică lichidul „nu dă drumul” plăcii, inelului sau acului. Se cunoaște materialul din care este făcută placa, precum și cât de puternic aderă apa la acest material, iar acest lucru este luat în considerare la calcularea forței.

Tensiunea de suprafață poate fi găsită și folosind greutatea picăturilor de apă care cad dintr-un tub vertical sau dintr-un capilar. Această metodă se numește stalagmometric, iar dispozitivul care măsoară tensiunea superficială este un stalagmometru. Tensiunea superficială a unui lichid poate fi calculată cu ușurință din greutatea unei picături, deoarece greutatea și tensiunea superficială sunt legate. Dacă diametrul tubului este cunoscut, atunci greutatea unei picături poate fi determinată din numărul de picături dintr-o anumită cantitate de lichid.

Metodă de determinare prin forma unei picături suspendate similar cu cel precedent prin aceea că folosește și o picătură pentru a determina forța de tensiune superficială. În acest caz, se măsoară cât de mult se poate lungi picătura înainte ca aceasta să se separe de restul lichidului și să cadă.

Există și dispozitive de măsurare care rotesc lichidul și gazul (pentru sistemele lichid-gaz) până când sistemul ajunge la echilibru și forma substanței devine constantă. În acest caz, tensiunea superficială este determinată de forma unei substanțe cu o densitate mai mică. Această metodă de măsurare a tensiunii superficiale se numește metoda picăturii rotative.

Vi se pare dificil să traduceți unitățile de măsură dintr-o limbă în alta? Colegii sunt gata să vă ajute. Postați o întrebare la TCTermsși în câteva minute vei primi un răspuns.