ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Поверхностное натяжение - стремление жидкости сократить свою свободную поверхность, т.е. уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с газообразной фазой.
Опишем механизм возникновения поверхностного натяжения в жидкостях. Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Рассмотрим две молекулы A и B. Молекула A находится внутри жидкости, молекула B - на ее поверхности (рис. 1). Молекула A окружена другими молекулами жидкости равномерно, поэтому силы, действующие на молекулу A со стороны молекул, попадающих в сферу межмолекулярного взаимодействия, скомпенсированы, или, другими словами, их равнодействующая равна нулю. Молекула B с одной стороны окружена молекулами жидкости, а с другой стороны - молекулами газа, концентрация которых значительно ниже, чем концентрация молекул жидкости. Так как со стороны жидкости на молекулу B действует гораздо больше молекул, чем со стороны газа, равнодействующая всех межмолекулярных сил уже не будет равна нулю и будет направлена внутрь объема жидкости. Таким образом, для того чтобы молекула из глубины жидкости попала в поверхностный слой, нужно совершить работу против не скомпенсированных межмолекулярных сил. А это означает, что молекулы приповерхностного слоя, по сравнению с молекулами внутри жидкости, обладают избыточной потенциальной энергией, которая называется поверхностной энергией .
Очевидно, чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше таких молекул, которые обладают избыточной потенциальной энергией, а значит тем больше поверхностная энергия. Этот факт можно записать в виде следующего соотношения:
где поверхностная энергия жидкости, площадь свободной поверхности жидкости и коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом поверхностного натяжения.
Коэффициент поверхностного натяжения
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Коэффициент поверхностного натяжения - это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна отношению поверхностной энергии к площади свободной поверхности жидкости:
Единицей измерения коэффициента поверхностного натяжения в системе СИ является .
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости зависит: 1) от природы жидкости (у «летучих жидкостей таких, как эфир, спирт, бензин, коэффициент поверхностного натяжения меньше, чем у «нелетучих - воды, ртути); 2) от температуры жидкости (чем выше температура, тем меньше поверхностное натяжение); 3) от свойств газа, который граничит с данной жидкостью; 4) от наличия поверхностно-активных веществ таких, как мыло или стиральный порошок, которые уменьшают поверхностное натяжение. Также следует отметить, что коэффициент поверхностного натяжения не зависит от площади свободной поверхности жидкости .
Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Вследствие поверхностного натяжения жидкость всегда принимает форму с минимальной поверхностью. Если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать форму сферы, как, например, капля воды, мыльный пузырь. Также будет вести себя вода в невесомости. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называютсясилами поверхностного натяжения .
Поэтому коэффициент поверхностного натяжения можно также определить как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины контура, ограничивающего свободную поверхность жидкости:
Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (т.е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяженияне зависятот площади поверхности жидкости. Если положить швейную иглу на поверхность воды, поверхность прогнется и не даст ей утонуть. Действием сил поверхностного натяжения можно объяснить скольжение легких насекомых таких, например, как водомерки, по поверхности водоемов (рис.2). Лапка водомерки деформирует водную поверхность, увеличивая тем самым ее площадь. Вследствие этого возникает сила поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, компенсируя при этом силу тяжести.
На действии сил поверхностного натяжения основан принцип действия пипетки (рис.3). Капелька, на которую действует сила тяжести, вытягивается вниз, тем самым увеличивая площадь своей поверхности. Естественно, возникают силы поверхностного натяжения, равнодействующая которых противоположна направлению силы тяжести, и которые не дают капельке растягиваться. При нажатии на резиновый колпачок пипетки, создается дополнительное давление, которое помогает силе тяжести, в результате чего капля падает вниз.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Тонкое алюминиевое кольцо радиусом 7,8 см соприкасается с мыльным раствором. Каким усилием можно оторвать кольцо от раствора? Температуру раствора считать комнатной. Масса кольца 7 г. |
| Решение | Выполним рисунок.
На кольцо действуют следующие силы: сила тяжести , сила поверхностного натяжения и внешняя сила . Так как кольцо соприкасается с раствором и внешней и внутренней сторонами, то сила поверхностного натяжения равна: Длина контура, ограничивающего поверхность жидкости в данном случае равна длине окружности кольца: С учетом последнего сила поверхностного натяжения: Условие отрыва кольца от поверхности раствора имеет вид: Из таблиц коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора при комнатной температуре . Ускорение свободного падения Переведем единицы в систему СИ: радиус кольца масса кольца кг. Вычислим: |
| Ответ | Для того, чтобы оторвать кольцо от раствора. необходимо приложить силу 0,11 Н. |
ПРИМЕР 2
| Задание | Какое количество энергии освобождается при слиянии мелких водяных капель радиусом мм в одну каплю радиусом 2 мм? |
| Решение | Изменение потенциальной энергии поверхностного слоя капель, обусловленное уменьшением площади поверхности капель при их слиянии в одну каплю равно:
где площадь поверхности всех мелких капель, площадь поверхности большой капли, коэффициент поверхностного натяжения воды. Очевидно, что: где r — радиус маленькой капли, R — радиус большой капли, n — количество маленьких капель. Масса маленькой капли:
масса большой капли:
Так как маленькие капли сливаются в одну большую каплю, можно записать:
откуда количество маленьких капель: а площадь поверхности всех маленьких капель:
Теперь найдем количество энергии, которое освобождается при слиянии капель: Из таблиц коэффициент поверхностного натяжения воды . Переведем единицы в систему СИ: радиус маленькой капли радиус большой капли . Вычислим: |
| Ответ | При слиянии капель освобождается энергия Дж. |
ПРИМЕР 3
| Задание | Определить коэффициент поверхностного натяжения масла, плотность которого равна , если при пропускании через пипетку масла получено 304 капли. Диаметр шейки пипетки 1,2 мм. |
| Решение | Капля масла отрывается от пипетки, когда сила тяжести равна силе поверхностного натяжения: |
Подскажите, пожалуйста, сколько раз в день вдыхать порошок микрогидрина?
Татьяна, порошок микрогидрина находится в капсулах и его употребляют внутрь запивая водой или раскрыв капсулу растворяют в воде(не вдыхать!). Дозировки в зависимости от вашего состояния и какие результаты хотите получить
Подскажите пожалуйста, при наклеивании нейтроника на панель ноутбука уголок нейтроника попал на петельку и т.о общая площадь нейтроника нарушилась. Будет ли это влиять на работу нейтр?!
Инга, защитное поле создается вверх и в право от самой наклейки, потому его нужно располагать в нижнем левом углу монитора. Если как я понял, Вы наклеили на плоскость с рельефом не большим, то это не влияет на эго эффективность. Напоминаю что переклеивания не допускается, так как при отклеивании разрушается антенная решётка внутри наклейки
Здравствуйте! Почему, как только я начинаю пить коралловую воду, начинают мучать приступы в желудке, как будто выпила кислоты. С чем это связано?
Коралловая вода слабо щелочная (до кислоты далеко!). С такой реакцией не встречался. У Вас возможно есть какие то заболевания ЖКТ. Обратитесь к человеку который Вам порекомендовал
Здравствуйте! Подскажите пожалуйста относительно вот чего: приходится спать на небольшом расстоянии от розетки, в 50-ти сантиметрах, она строго параллельна голове, но совершенно никакого недомогания
не ощущаю, значит ли это что отсутствует вредное воздействие на организм? Очень боюсь онкологии.
Алексей, бояться ничего не нужно особенно "очень", ваш страх только притягивает события. Если перевести на язык подсознания это значит "я хочу пережить это".
Вся электропроводка в квартире создаёт электро-магнитное излучение(фон) но это не значит что стоит отказываться от благ цивилизации(если это возможно). По мимо этого также существует и радио волны,
мобильная и спец связь, ... и это присутствует в нашей жизни постоянно! На эти факторы мы повлиять не можем даже если мы откажемся от компьютера, телефона, ... вcе равно это есть в соседей тот же
wifi.
Но в наших силах использовать персональные средства защиты (если рассматривать воздействия внешних факторов). Но более важно и что является (в большинстве случаев) причиной всех проблем и заболеваний
внутреннее состояние организма. Регулярно очищая и по возможности (осознано) не засоряя вредной едой и напитками организм, давая ему все полезное будете жить долго и счастлива (позитивное эмоции и
мышление никто не отменял:))!
Помогите, пожалуйста с Вами связаться
Здравствуйте Светлана, контактные данные
Email: [email protected]
Skype: viktorcoral
https://www.facebook.com/viktorcoral
https://vk.com/viktorcoral
https://twitter.com/viktorcoral_if
Если Вы с Украины тел 0673447004
Алена Арбенина (Friday, 30 June 2017 12:52 )
Здравствуйте, спасибо за эту полезную информацию, оказывается, что не смотря на разные факторы (такие как экология), мы все же очень многое можем сделать для собственного здоровья. Как я узнала здесь https://goal-life.com/page/kniga/idea/koncepciya-zdorovya-mihail-fomin, здоровье - это естественное состояние для человека, поэтому важно сохранить потенциал, полученный при рождении.
Наталия (Friday, 12 January 2018 21:02 )
Интересная информация. Спасибо
Добрый вечер! Я со вчерашнего дня начал принимать вашу продукцию. Теперь пропал сон. Что делать?
Где взять Пограничную воду.
Елена, пограничной воды уже нет в продаже
"Минералы, в минерализованной воде, находятся в форме неорганических солей и поэтому не усваиваются организмом."
Это как, извините? Рискнете выпить цианистого калия? Ведь он, по-вашему, не усваивается организмом. Ни в коем случае не имею цели Вас обидеть. Но подобные заявления вызывают недоверие к автору и
заставляют сомневаться во всем им сказанном. Соврал в одном, скорее всего и в остальном соврет.
Ассимилятор можно использовать при диабете 2 типа и раке простаты
Александр, можно, это растительные ферменты которые будут снимать нагрузку с поджелудочной железы и улучшать пищеварения, соответственно будет меньше токсических отходов в кишечнике.
При таких диагнозах нужно более радикальные действия
Здравствуйте. В лекции " кожа-зеркало организма", Ольга Алексеевна говорила как принимать артишок, звук громкий, но не внятный. Подскажите, пожалуйста как же пользоваться таким очиститем N1.
Здраствуйте.у моего мужа обнаружели кровотворение.из ваших слов я так и непоняла чем оно лечится и что лучше принимать в пищу.заранее спасибо за ответ.
День добрый всем! Я уже давно пользуюсь продукцией Coral Club , никаких побочных эффектов в состоянии здоровья не наблюдаю.Два года копила деньги с пенсии, чтобы купить витастик. До этого делала диагностику крови на темнопольном микроскопе(называется -анализ по живой капле крови-гемоскрит, ни в одной поликлинике вам его не сделают, только в медцентрах, да и то не во всех.Истоит этот анализ недешево, так вот зав.медцентром сказала, что за все три года существования центра ВПЕРВЫЕ видит человека, у которого кровь ДВИГАЕТСЯ, а не стоит киселем и кашей, как у всех, а все благодаря Н-500, или проще говоря, микрогидрину и воде талой,или "живой", которую я делаю спец.прибором.Сначала у меня тоже были и головные боли, и давление, это организм освобождался от накопленных за жизнь токсинов и шлаков.Улучшилось пищеварение, состав крови, цвет кожи, настроение, сон и др.Так что, люди, ПЕЙТЕ ВОДУ!!!,не минералки, соки, кофе и другую ерунду, и, особенно, во время или после еды, поменьше "бутриков", а побольше воды и движений, чтобы лимфа не стояла,а вода, обработанная Витастиком, придаст ей жизни и энергии, как из горного ручья.Вы этого не увидите, но ощутите, когда выпьете натощак 50 мл воды из-под крана, а потом столько же, обработанной витастиком, или с добавлением Н-500. А кто-нибудь из вас помнит, какой сладкий был на вкус снег или сосульки, которые мы все ели в детстве?Так вот, вода, обработанная витастиком, это и есть тот самый вкус детства.Не бойтесь, а доверьтесь себе и своему организму, слушайте себя и его, он не дурак, и знает, когда, чего и сколько ему хочется, перестаньте травить его таблетками, сигаретами, алкоголем и многим другим, ведите здоровый образ жизни и мыслите позитивно, и все у вас будет хорошо, и внутри, и снаружи!
Да, еще тем, кто не верит, или не знает, посмотрите видео на youtub про воду, называется- "вода живая и мертвая" это показывали по каналу Россия в 2014 году, и еще Ольга Бутакова- видео-"вода, обработанная витализатором."Можно и Эмото Масару сюда добавить, и Неумывакина, и воду Svetla,в общем, дерзайте, кто ищет, и хочет, всегда находит.Удачи и здоровья всем!
А у меня после года регулярного употребления воды и добавок, прописанных доктором, скачет давление и пульс зашкаливает до 110 ударов и сердце болит. Говорят, песок идет, потерпеть надо.. Пришлось увеличить дозу препарата от давления в 4раза и таблетки для замедления серд.ритма пить. Терплю уже третий месяц..
Омега 3-очень важная добавка, особенно для женщин! Сейчас вот при активных занятиях спортом пью курсом эваларовскую тройную омегу 3 и помимо этого раз в неделю минимум кушаю рыбу(предпочитаю красную). Кожа радует своим состоянием)
Поверхностное натяжение , стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м 2). Согласно другому определению, поверхностное натяжение - сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.
Поверхностное натяжение - основная термодинамическая характеристика поверхностного слоя жидкости на границе с газовой фазой или другой жидкостью. Поверхностное натяжение различных жидкостей на границе с собственным паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до нескольких тысяч мН/м для расплавленных тугоплавких веществ. Поверхностное натяжение зависит от температуры. Для многих однокомпонентных неассоциированных жидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критической температуры хорошо выполняется линейная зависимость:
где s и s 0 - поверхностное натяжение при температурах T и T 0 соответственно, α≈0,1 мН/(м·К) - температурный коэффициент поверхностного натяжения . Основной способ регулирования поверхностного натяжения заключается в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Поверхностное натяжение входит во многие уравнения физики, физической и коллоидной химии , электрохимии .
Оно определяет следующие величины:
1. капиллярное давление , где r 1 и r 2 - главные радиусы кривизны поверхности, и давление насыщенного пара р r над искривленной поверхностью жидкости: , где r - радиус кривизны поверхности, R - газовая постоянная, V n - молярный объем жидкости, p 0 - давление над плоской поверхностью (законы Лапласа и Кельвина, см. Капиллярные явления).
2. Краевой угол смачивания θ в контакте жидкости с поверхностью твердого тела: cos , где - удельная свободная поверхностные энергии твердого тела на границе с газом и жидкостью, - поверхностное натяжение жидкости (закон Юнга, см. Смачивание).
3. Адсорбцию ПАВ 
где μ - химический потенциал адсорбируемого вещества (уравнение Гиббса, см. Адсорбция). Для разбавленных растворов где с
- молярная концентрация ПАВ.
4. Состояние адсорбционного слоя ПАВ на поверхности жидкости: (p s + a/A 2 )·(A - b )=kT , где p s =(s 0 —s) - двухмерное давление, s 0 и s - соответственно поверхностное натяжение чистой жидкости и той же жидкости при наличии адсорбционного слоя, а - постоянная (аналог постоянной Ван-дер-Ваальса), A - площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну адсорбированную молекулу, b - площадь, занимаемая 1 молекулой жидкости, k - постоянная Больцмана (уравнение Фрумкина-Фольмера, см. Поверхностная активность).
5. Электрокапиллярный эффект: - d s/d f = r s , где r s - плотность поверхностного заряда, f-потенциал электрода (уравнение Липмана, см. Электрокапиллярные явления).
6. Работу образования критического зародыша новой фазы W c . Например, при гомогенной конденсации пара при давлении , где p 0 - давление пара над плоской поверхностью жидкости (уравнение Гиббса, см. Зарождение новой фазы).
7. Длину l капиллярных волн на поверхности жидкости: , где ρ - плотность жидкости, τ - период колебаний, g - ускорение свободного падения.
8. Упругость жидких пленок со слоем ПАВ: модуль упругости , где s - площадь пленки (уравнение Гиббса, см. Тонкие пленки).
Поверхностное натяжение измерено для многих чистых веществ и смесей (растворов, расплавов) в широком интервале температур и составов. Поскольку поверхностное натяжение весьма чувствительно к наличию примесей, измерения разными методиками не всегда дают совпадающие значения.
Основные методы измерения следующие:
1. подъем смачивающих жидкостей в капиллярах. Высота подъема , где 
- разность плотностей жидкости и вытесняемого газа, ρ
- радиус капилляра. Точность определения поверхностного натяжения
растет с уменьшением отношения ρ/α
(α
-капиллярная постоянная жидкости).
2. Измерение максимального давления в газовом пузырьке (метод Ребиндера); расчет основан на уравнении Лапласа. При выдавливании пузырька в жидкость через калиброванный капилляр радиусом r перед моментом отрыва давление p m =2σ/r
3. Метод взвешивания капель (сталагмометрия): (уравнение Тейта), где G - общий вес n капель, оторвавшихся под действием силы тяжести от среза капиллярной трубки радиусом r . Для повышения точности правую часть умножают на поправочный коэфициент, зависящий от r и объема капли.
4. Метод уравновешивания пластины (метод Вильгельми). При погружении пластины с периметром сечения L в смачивающую жидкость вес пластины , где G 0 - вес сухой пластины.
5. Метод отрыва кольца (метод Дю Нуи). Для отрыва проволочного кольца радиусом R от поверхности жидкости требуется сила
6. Метод сидящей капли. Профиль капли на несмачиваемой подложке определяется из условия постоянства суммы гидростатического и капиллярного давлений. Дифференциальное уравнение профиля капли решается численным интегрированием (метод Башфорта-Адамса). По измерениям геометрических параметров профиля капли с помощью соответствующих таблиц находят поверхностное натяжение .
7. Метод вращающейся капли. Капля жидкости плотностью r 1 помещается в трубку с более тяжелой (плотность r 2) жидкостью. При вращении трубки с угловой скоростью ω капля вытягивается вдоль оси, принимая приближенно форму цилиндра радиуса r . Расчетное уравнение: . Метод применяют для измерения малых поверхностных натяжений на границе двух жидкостей.
Поверхностное натяжение является определяющим фактором многих технологических процессов: флотации, пропитки пористых материалов, нанесения покрытий, моющего действия, порошковой металлургии, пайки и др. Велика роль поверхностного натяжения в процессах, происходящих в невесомости.
Понятие поверхностного натяжения впервые ввел Я. Сегнер (1752). В первой половине XIX в. на основе представления о поверхностном натяжении была развита математическая теория капиллярных явлений (П. Лаплас, С. Пуассон, К. Гаусс, А.Ю. Давидов). Во второй половине XIX в. Дж.Гиббс развил термодинамическую теорию поверхностных явлений, в которой решающую роль играет поверхностное натяжение . В XX в. разрабатываются методы регулирования поверхностного натяжения с помощью ПАВ и электрокапиллярных эффектов (И. Ленгмюр, П.А. Ребиндер, A.H. Фрумкнн). Среди современных актуальных проблем - развитие молекулярной теории поверхностного натяжения различных жидкостей (включая расплавленные металлы), влияние кривизны поверхности на поверхностное натяжение.
Силы притяжения между молекулами на поверхности жидкости удерживают их от движения за ее пределы.
Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения — на самом деле, именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри жидкости силы притяжения других молекул действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и результирующая сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. По совокупности этот эффект приводит к формированию так называемой силы поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней подобия невидимой, тонкой и упругой пленки.
Одним из следствий эффекта поверхностного натяжения является то, что для увеличения площади поверхности жидкости — ее растяжения — нужно проделать механическую работу по преодолению сил поверхностного натяжения. Следовательно, если жидкость оставить в покое, она стремится принять форму, при которой площадь ее поверхности окажется минимальной. Такой формой, естественно, является сфера — вот почему дождевые капли в полете принимают почти сферическую форму (я говорю «почти», потому что в полете капли слегка вытягиваются из-за сопротивления воздуха). По этой же причине капли воды на кузове покрытого свежим воском автомобиля собираются в бусинки.
Силы поверхностного натяжения используются в промышленности — в частности, при отливке сферических форм, например ружейной дроби. Каплям расплавленного металла просто дают застывать на лету при падении с достаточной для этого высоты, и они сами застывают в форме шариков, прежде чем упадут в приемный контейнер.
Можно привести много примеров сил поверхностного натяжения в действии из нашей будничной жизни. Под воздействием ветра на поверхности океанов, морей и озер образуется рябь, и эта рябь представляет собой волны, в которых действующая вверх сила внутреннего давления воды уравновешивается действующей вниз силой поверхностного натяжения. Две эти силы чередуются, и на воде образуется рябь, подобно тому как за счет попеременного растяжения и сжатия образуется волна в струне музыкального инструмента.
Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение, и сил притяжения между молекулами жидкости и твердой поверхностью. В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами (см. Химические связи). Поверхность стекла водой смачивается, поскольку в стекле содержится достаточно много атомов кислорода, и вода легко образует гидрогенные связи не только с другими молекулами воды, но и с атомами кислорода. Если же смазать поверхность стекла жиром, водородные связи с поверхностью образовываться не будут, и вода соберется в капельки под воздействием внутренних водородных связей, обусловливающих поверхностное натяжение.
В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели — сурфактанты , — не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности. Их добавляют, например, в жидкие моющие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности грязных крапин после высыхания (см.
