Obiectiv: pentru a studia proprietățile de bază ale fluidului, unele familiarizare cu metodele experimentale de măsurare a tensiunii superficiale a lichidului.
Principala poziție teoretică
Conform proprietăților sale similare cu lichid și gaze și solide. Această natură duală este asociat cu caracteristici ale mișcării moleculelor lichide. Într-un solid, moleculele care constituie rețeaua cristalină și fluctuează în jurul poziției sale de echilibru (mișcarea termică). În lichide, distanța medie dintre molecule este mai mare decât cea a cristalului, și, prin urmare, moleculele de lichid se pot deplasa departe de poziția corectă. moleculele lichide vibreze în jurul pozițiilor lor de echilibru ale timpului.
Fig. 6.1. Molecule în interiorul suprafeței de fluid și în apropierea
obyv în această poziție pentru ceva timp, o moleculă de „sare“ la o altă locație și din nou pentru ceva timp a trăit în acest loc (oscilatorie) „viață stabilit“. „Soluționarea“ starea moleculei păstrează forțele elastice. Aceste forțe elastice se datorează influenței moleculelor învecinate situate la o distanță mică. Forțele moleculare scad foarte rapid odată cu creșterea distanței. În cazul în care, în legătură cu care - molecula (. Figura 6.1) situate în interiorul moleculele adiacente de fluid sunt dispuse simetric, rezultanta R a forțelor aplicate moleculei M este egală cu zero, R = 0. Cu toate acestea, datorită mișcării termice a echilibrului este perturbat, iar molecula vine în mișcare sub influența forței rezultante R ≠ 0. forţele de atracție dintre moleculele de lichid scade rapid odată cu creșterea distanței. Ei, practic, dispar la o distanță de aproximativ 10 m 9. Prin urmare, feedback-ul de pe fiecare moleculă este determinată numai de vecinii săi imediați. Depinde foarte mult de cazul în care este considerată molecula. În cazul în care acesta din urmă este dispusă în interiorul fluidului (la o distanță mai mare de 10 m de lichid 9 limita), atunci forța de interacțiune cu toate din jur moleculele sale, in medie, sunt echilibrate. Dimpotrivă, valoarea medie a forței care acționează asupra stratului de suprafata molecula de lichid cu o grosime de aproximativ 10 9 m nu este egal cu zero; acest lucru se datorează faptului că molecula localizată pe suprafața parțial mărginită cu molecule de același lichid și parțial - cu molecule alt mediu, de exemplu aer, abur sau perete. Datorită diferitelor densități și naturii moleculare a forței care acționează asupra moleculei selectate lichid cu un alt mediu diferit de puterea interacțiunii cu moleculele lichidului. Ca urmare, forța ce acționează pe fiecare moleculă a stratului de suprafață, lichidul este direcționat fie spre interior sau spre mărginesc mediu. Prin urmare, atunci când se deplasează moleculele din stratul de suprafață în interiorul lichidului din partea de jos sau invers, pe suprafața lichidă a lucrării este realizată. Această lucrare este mai mare, cu atât mai mare diferența dintre forțele de interacțiune a moleculelor cu molecule ale stratului de suprafață și mediul lichid se invecineaza molecule.
Moleculele lichidului la suprafață, se află într-un statut special, astfel de molecule M1 și M2. Acțiunea acestor molecule de moleculele de lichid este mai mare decât partea din moleculele de abur sau aer, și, prin urmare, rezultanta tuturor moleculelor M1 și M2 sunt forțe moleculare în interiorul lichidului îndreptat în mod normal, la suprafață. Rezultă de aici că toate moleculele sunt situate într-un strat subțire forțe strat de suprafață cu acțiune care tind să le atragă în lichid. Datorită acestui strat de suprafață presează cu forță mare asupra fluidului, creând așa-numita presiune internă sau moleculare în acesta. Această presiune este foarte mare (pentru apă, de exemplu, aproximativ 11 ∙ Aug. 10 n / m 2).
Moleculele stratului superficial de lichid au un exces de energie în comparație cu moleculele în lichid. Această energie în exces se numește suprafață de energie liberă sau energie de suprafață. Aceste proprietăți ale stratului de suprafață, datorită stării sale speciale, care este similar cu filmul elastic întins, care tinde să reducă suprafața sa de mici dimensiuni.
Această aspirație de lichid pentru a reduce suprafața lor liberă se numește tensiune superficială.
Forțele de tensiune de suprafață F direcționată tangențial la suprafața lichidului și să funcționeze în mod normal, la orice linie trasată pe această suprafață.
Pentru a cuantifica caracteristicile tensiunii superficiale a coeficientului de tensiune superficială lichid este introdus α, care este numeric egal cu forța F, care acționează pe o unitate de lungime a unei linii L arbitrar, trase mental pe suprafața lichidului:
În acest caz, tensiunea de suprafață se măsoară în newtoni pe metru (N / m).
Dintr-o examinare a proprietăților stratului de suprafață poate demonstra că tensiunea superficială a suprafeței libere este numeric egală cu W de energie, calculat pe metru pătrat de suprafață S lichid:
Datorită tensiunii superficiale a oricărui volum de lichid tinde să reducă aria suprafeței, reducând astfel potențialul energetic. Micile picaturi de apa din aer au o formă aproape sferică, deoarece domeniul de aplicare caracteristic zonei minime de suprafață la volum decât orice altă formă geometrică.
Tensiunea superficială este diferită pentru diferite lichide. Aceasta depinde de tipul de lichid, temperatură (în creștere scade temperatura), iar gradul de curățenie a suprafeței (variază de la contaminare ușoară).
Fig. 6.2. Forța pe emisfera bulei
tensiune superficială uschestvovanie determină suprafața liberă a lichidului care se comportă ca și în cazul în care este realizată dintr-un înveliș elastic. Cu toate acestea, există o mare diferență între elasticitatea acestei carcasei este definită de tensiunea superficială și materialul elasticitate, cum ar fi cauciucul. În cazul forței de tensionare o suprafață plană de lichid nu depinde dacă suprafața este întinsă. Pentru a mări suprafața, extinzându-se la stratul de suprafață și mai multe noi molecule, este necesar să se aplice o forță constantă. Pe de altă parte, pentru a întinde cauciucul trebuie să exercite o forță proporțională cu tensiunea.
Până acum am vorbit despre interfața dintre lichid și gaz. La marginea rezervorului de lichid este în contact cu
corp solid, și cu r
Fig. 6.3. Trei cazuri diferite sunt contactul lichid cu un corp solid (- forță rezultantă care acționează asupra unei molecule)
azom. Fig. 6.3 prezintă trei cazuri diferite.
În primul caz (Fig. 6.3 a) aducerea în contact a moleculelor de lichid cu solide suficient de puternic pentru a se aplece lichid izo-up la granița cu solidul. În acest caz, de obicei spun că umezește Yid-os suprafața solidului.
Această situație este tipică pentru apa, sticla udate-sayuscheysya. În al doilea caz (Figura 6.3 b) forța rezultantă ce acționează asupra lichidului la granița cu un corp solid, în lichid-canalizarea în interior. Nu este umectat de lichid-schayasya. Această situație este tipic de mercur într-un vas de sticlă. În al treilea caz de SLE (Fig. 6.3 în) a suprafeței lichidului din culoarul peretelui perpendicular. Deoarece apa se comportă în co-vasele de argint și anumite materiale plastice.
Suprafața curbată a lichidului să sugă de numit meniscului. Atunci când interacționează cu suprafața peretelui vasului forțele elastice tind fie să crească nivelul de lichid sau coborâți-l. Aceasta se numește un efect capilar.
Fig. 6.4. Forțele în capilar
tuburi de sticlă înguste, capilare, coborât în lichid, se vede clar ridicarea sau coborârea fluidului. peliculă lichidă la suprafață în tubul sub influența forțelor moleculare fluid și sticlă are o formă concavă (meniscului concav). Într-o astfel de suprafață curbată a suprafeței forțelor de tensiune provoca Dp presiune suplimentară. datorită curbura suprafeței este întotdeauna îndreptată spre suprafața concavă.
Numele se datorează faptului că înălțimea de creștere lichid suficient de mare în tuburi de-bondage cal numite capilare.
La marginea superioară, unde lichidul atinge sticla, forma suprafeței sale este foarte asemănătoare cu o emisferă a bulei, pe care am considerat (Fig. 6.4). tensiune superficială Si la este direcționată de-a lungul suprafeței lichidului. Ver componenta tikalnaya a acestei forțe este egală cu
.
Este echilibrată de forța de gravitație a coloanei de lichid cu o densitate
Dacă lichidul din capilar nu este umectat, nivelul său în tubul capilar este sub nivelul de lichid într-un vas larg. Aceasta este exact același efect, și este descrisă de aceeași ecuație (6.2).
Descrierea configurării experimentale și secvența
și
1. Se determină elasticitatea coeficientului de primăvară k. pentru care o cupă 2 pentru a pune marfa m și marca x resort de tracțiune. Se calculează k prin formula
Măsurătorile petrec 3-4 ori cu diferite sarcini, și apoi să stabilească valoarea medie
2. Se măsoară lungimea arcului
Se măsoară etrier interior și diametrele exterioare ale inelelor D și d, iar apoi să determine suma lungimilor circumferințele exterioare și interioare ale inelului L
și apoi găsi tensiunea de suprafață
Prelucrarea rezultatelor experimentale