Главная

Статьи

Поверхневий натяг

  1. Площа поверхні [ правити | правити код ]
  2. Формула Лапласа [ правити | правити код ]
  3. Метод обертається краплі [ правити | правити код ]
  4. Метод Дю Нуї (метод відриву кільця) [ правити | правити код ]
  5. Метод біжать хвиль [ правити | правити код ]
  6. Поверхневий натяг рідин на кордоні з повітрям [ правити | правити код ]

Поверхневий натяг - термодинамічна характеристика поверхні розділу двох знаходяться в рівновазі фаз , Що визначається роботою оборотного ізотермокінетіческого освіти одиниці площі цієї поверхні розділу за умови, що температура, обсяг системи і хімічні потенціали всіх компонентів в обох фазах залишаються постійними.

Поверхневий натяг має подвійний фізичний зміст - енергетичний (термодинамічний) і силовий (механічний). Енергетичне (термодинамічне) визначення: поверхневий натяг - це питома робота збільшення поверхні при її розтягуванні за умови сталості температури. Силове (механічне) визначення: поверхневий натяг - це сила, що діє на одиницю довжини лінії, яка обмежує поверхню рідини [1] .

Сила поверхневого натягу спрямована по дотичній до поверхні рідини, перпендикулярно до ділянки контуру, на який вона діє і пропорційна довжині цієї ділянки. Коефіцієнт пропорційності γ {\ displaystyle \ gamma} Сила поверхневого натягу спрямована по дотичній до поверхні рідини, перпендикулярно до ділянки контуру, на який вона діє і пропорційна довжині цієї ділянки - сила, яка припадає на одиницю довжини контуру - називається коефіцієнтом поверхневого натягу. Він вимірюється в ньютонах на метр. Але більш правильно дати визначення поверхневого натягу, як енергії (Дж) на розрив одиниці поверхні (м²). У цьому випадку з'являється ясний фізичний зміст поняття поверхневого натягу.

У 1983 році було доведено теоретично і підтверджено даними з довідників (Подивитися статтю: Журнал фізичної хімії. 1983, № 10, с. 2528-2530) , Що поняття поверхневого натягу рідини однозначно є частиною поняття внутрішньої енергії (Хоча і специфічною: для симетричних молекул близьких за формою до кулястим). Наведені в цій журнальної статті формули дозволяють для деяких речовин теоретично розраховувати значення поверхневого натягу рідини за іншими фізико-хімічними властивостями, наприклад, по теплоті пароутворення або по внутрішньої енергії [2] [3] ).

У 1985 році аналогічний погляд на фізичну природу поверхневого натягу як частини внутрішньої енергії при вирішенні іншої фізичної задачі був опублікований В. Вайскопфа (Victor Frederick Weisskopf) в США [4] .

Поверхневий натяг може бути на кордоні газоподібних , рідких і твердих тіл. Зазвичай мається на увазі поверхневий натяг рідких тіл на кордоні «рідина - газ». У разі рідкої поверхні розділу поверхневий натяг правомірно також розглядати як силу, що діє на одиницю довжини контуру поверхні і яка прагне скоротити поверхню до мінімуму при заданих обсягах фаз.

У загальному випадку прилад для вимірювання поверхневого натягу називається Тензіометр .

Так як поява поверхні рідини вимагає здійснення роботи, кожна середа «прагне» зменшити площу своєї поверхні:

  • в невагомості крапля приймає сферичну форму (сфера має найменшу площу поверхні серед всіх тіл однакового обсягу). Те ж саме відбувається з краплею рідини, що поміщається всередину іншої, не змішується рідини тієї ж щільності ( досвід Плато ).
  • струмінь води «зливається» в циліндр, який потім розбивається на кулясті краплі.
  • маленькі об'єкти з щільністю, більшої щільності рідини, здатні «плавати» на поверхні рідини, так як сила тяжіння виявляється врівноваженою силою поверхневого натягу.
  • деякі комахи (наприклад, водоміри ) Здатні пересуватися по воді, утримуючись на її поверхні за рахунок сил поверхневого натягу.
  • На багатьох поверхнях, іменованих несмачіваемих, вода (або інша рідина) збирається в краплі.

Площа поверхні [ правити | правити код ]

З поверхнею рідини пов'язана вільна енергія

E s u r f = σ S {\ displaystyle {\ mathcal {E}} _ {surf} = \ sigma S}E s u r f = σ S {\ displaystyle {\ mathcal {E}} _ {surf} = \ sigma S}

де σ {\ displaystyle \ sigma} де σ {\ displaystyle \ sigma}   - коефіцієнт поверхневого натягу, S {\ displaystyle S}   - повна площа поверхні рідини   [5] - коефіцієнт поверхневого натягу, S {\ displaystyle S} - повна площа поверхні рідини [5] . Так як вільна енергія ізольованої системи прагне до мінімуму, то рідина (за відсутності зовнішніх полів) прагне прийняти форму, що має мінімальну площу поверхні. Таким чином завдання про форму рідини зводиться до изопериметрической завданню при заданих додаткових умовах (початковий розподіл, обсяг і т. п.). Вільна крапля приймає форму кулі , Однак при більш складних умовах завдання про форму поверхні рідини стає виключно складною.

Формула Лапласа [ правити | правити код ]

Розглянемо тонку рідку плівку, завтовшки якої можна знехтувати. Прагнучи мінімізувати свою вільну енергію, плівка створює різницю тиску з різних сторін. Цим пояснюється існування мильних бульбашок : Плівка стискається до тих пір, поки тиск всередині міхура не перевищуватиме атмосферний на величину додаткового тиску плівки. Додаткове тиск в точці поверхні залежить від середньої кривизни в цій точці і задається формулою Лапласа:

Δ p = σ K = σ (1 R 1 + 1 R 2) {\ displaystyle \ Delta p = \ sigma K = \ sigma \ left ({1 \ over R_ {1}} + {1 \ over R_ {2} } \ right)} Δ p = σ K = σ (1 R 1 + 1 R 2) {\ displaystyle \ Delta p = \ sigma K = \ sigma \ left ({1 \ over R_ {1}} + {1 \ over R_ {2} } \ right)}

Тут R 1, 2 {\ displaystyle R_ {1,2}} Тут R 1, 2 {\ displaystyle R_ {1,2}}   - радіуси   головних кривизн   в точці - радіуси головних кривизн в точці. Вони мають однаковий знак, якщо відповідні центри кривизни лежать по одну сторону від дотичній площині в точці, і різний знак - якщо по різні боки. Наприклад, для сфери центри кривизни в будь-якій точці поверхні збігаються з центром сфери, тому

R 1 = R 2 = R {\ displaystyle R_ {1} = R_ {2} = R} R 1 = R 2 = R {\ displaystyle R_ {1} = R_ {2} = R}   Δ p = 2 σ R {\ displaystyle \ Delta p = {2 \ sigma \ over R}} Δ p = 2 σ R {\ displaystyle \ Delta p = {2 \ sigma \ over R}}

Для випадку поверхні кругового циліндра радіуса R {\ displaystyle R} Для випадку поверхні кругового циліндра радіуса R {\ displaystyle R}   маємо маємо

R 1 = R, R 2 = ∞ {\ displaystyle R_ {1} = R, ~~~ R_ {2} = \ infty} R 1 = R, R 2 = ∞ {\ displaystyle R_ {1} = R, ~~~ R_ {2} = \ infty}   Δ p = σ R {\ displaystyle \ Delta p = {\ sigma \ over R}} Δ p = σ R {\ displaystyle \ Delta p = {\ sigma \ over R}}

Зверніть увагу, що Δ p {\ displaystyle \ Delta p} Зверніть увагу, що Δ p {\ displaystyle \ Delta p}   має бути безперервною функцією на поверхні плівки, так що вибір «позитивної» сторони плівки в одній точці локально однозначно задає позитивну сторону поверхні в досить близьких її точках має бути безперервною функцією на поверхні плівки, так що вибір «позитивної» сторони плівки в одній точці локально однозначно задає позитивну сторону поверхні в досить близьких її точках.

З формули Лапласа випливає, що вільна мильна плівка, натягнута на рамку довільної форми і не утворює бульбашок, матиме середню кривизну, рівну 0.

Зі збільшенням температури величина поверхневого натягу зменшується і дорівнює нулю при критичній температурі. Найбільш відома емпірична залежність поверхневого натягу від температури була запропонована Етвеш Лоранд , Так зване правило Етвеша . В даний час отримано висновок теоретичної залежності поверхневого натягу від температури в області до критичних температур, яка підтверджує правило Етвеша (журнал «Вісник Санкт-Петербурзького університету», 2012 вип. 1, с. 24-28).

Способи визначення поверхневого натягу діляться на статичні і динамічні. У статичних методах поверхневий натяг визначається у сформувалася поверхні, що знаходиться в рівновазі. Динамічні методи пов'язані з руйнуванням поверхневого шару. У разі вимірювання поверхневого натягу розчинів (особливо полімерів або ПАР) слід користуватися статичними методами. У ряді випадків рівновагу на поверхні може наступати протягом декількох годин (наприклад, в разі концентрованих розчинів полімерів з високою в'язкістю). Динамічні методи можуть бути застосовані для визначення рівноважного поверхневого натягу і динамічного поверхневого натягу. Наприклад, для розчину мила після перемішування поверхневий натяг 58 мДж / м², а після відстоювання - 35 мДж / м². Тобто поверхневий натяг змінюється. До встановлення рівноважного воно буде динамічне.

Статичні методи:

  1. Метод підняття в капілярі
  2. метод Вильгельми
  3. Метод лежачої краплі
  4. Метод визначення за формою висячої краплі.
  5. Метод обертається краплі

Динамічні методи:

  1. Метод дю Нуї (Метод відриву кільця).
  2. Сталагмометріческій, або метод рахунку крапель.
  3. Метод максимального тиску бульбашки.
  4. Метод осциллирующей струменя
  5. Метод стоячих хвиль
  6. Метод біжать хвиль

Повністю стандартизовані методи вимірювань описуються у відповідних ASTM , ГОСТ і т.д.

Метод обертається краплі [ правити | правити код ]

Сутністю методу є вимірювання діаметра краплі рідини, що обертається у важчій рідини [6] . Цей спосіб вимірювання годиться для вимірювання низьких або наднизьких значень міжфазного натягу. Він широко застосовується для мікроемульсій, вимірювання ефективності ПАР в нафтовидобутку, а також для визначення адсорбційних властивостей.

Метод Дю Нуї (метод відриву кільця) [ правити | правити код ]

Метод є класичним. Суть методу випливає з назви. Платинове кільце піднімають з рідини, що змочує його, зусилля відриву і є сила поверхневого натягу і може бути перераховано в поверхневу енергію. Метод підходить для вимірювання ПАР, трансформаторних масел і т. Д.

Метод біжать хвиль [ правити | правити код ]

При обуренні рідини пластиною «лежить» на її поверхні, по ній починає поширюватися коло хвиль. Якщо просвітити кювету з рідиною імпульсним джерелом світла з частотою рівною частоті обурення, то на екран спроецируется «стояча» хвильова картина. Вимірюючи довжину хвилі на екрані і геометрично перерассчітивая її (знаючи відстань від джерела світла до поверхні рідини і відстань від поверхні до екрану, а також про подобу трикутників ) Можна отримати величину поверхневого натягу за формулою:

σ = ρ λ 2 4 π 2 (2 π ν 2 λ - g) {\ displaystyle \ sigma = {\ frac {\ rho \ lambda ^ {2}} {4 \ pi ^ {2}}} (2 \ pi \ nu ^ {2} \ lambda -g)} σ = ρ λ 2 4 π 2 (2 π ν 2 λ - g) {\ displaystyle \ sigma = {\ frac {\ rho \ lambda ^ {2}} {4 \ pi ^ {2}}} (2 \ pi \ nu ^ {2} \ lambda -g)}

де

Поверхневий натяг рідин на кордоні з повітрям [ правити | правити код ]

Речовина Температура ° C Поверхневий натяг (10-3 Н / м) Хлорид натрію 6.0M водний розчин 20 82,55 Хлорид натрію 801 115 гліцерин 30 64,7 олово 400 518 Азотна кислота 70% 20 59,4 анілін 20 42,9 ацетон 20 23,7 бензол 20 29,0 вода 20 72,86 гліцерин 20 59,4 нафта 20 26 ртуть 20 486,5 Сірчана кислота 85% 20 57,4 Спирт етиловий 20 22,8 Оцтова кислота 20 27,8 ефір етиловий 20 16,9 розчин мила 20 43

  • Мильна бульбашка.

  • На фотографії видно ефект, який отримав назву « сльози вина ».

  • Крапля води на аркуші.

  • Навал на кордоні калюжі і сухого асфальту.

  • Вода набігає на суху поверхню асфальту.

  1. Б. Д. Сум «Основи колоїдної хімії»
  2. Хайдаров Г.Г., Хайдаров А.Г., Машек А. Ч. Фізична природа поверхневого натягу рідини // Вісник Санкт-Петербурзького університету. Серія 4 (Фізика, хімія) 2011. Випуск 1. с.3-8. (неопр.) (Недоступна посилання). Дата звернення 16 лютого 2014. Читальний зал 22 лютого 2014 року.
  3. Хайдаров Г.Г., Хайдаров А.Г., Машек А. Ч., Майоров Е.Е. Вплив температури на поверхневе натягнення // Вісник Санкт-Петербурзького університету. Серія 4 (Фізика, хімія). 2012. Випуск 1. С.24-28. (неопр.) (Недоступна посилання). Дата звернення 16 лютого 2014. Читальний зал 22 лютого 2014 року.
  4. VFWeisskopf, American Journal of Physics 53 (1985) 19-20 .; VFWeisskopf, American Journal of Physics 53 (1985) 618-619.
  5. Зверніть увагу, що плівка, на зразок стінки мильної бульбашки, має дві сторони, так що площа поверхні рідини в два рази більше площі плівки.
  6. http://www.infolab.ru/kruss/SITE100.php

Новости

Увлекательные походы в Карпаты.

Наконец-то, пришло тепло, солнышко с каждым днем пригревает сильнее, зацвели сады и, природа манит своими красотами в поход. Что может быть лучше, чем пеший поход по родному краю? Ведь, это одновременно

Поход на вулкан Немрут Даг

Как давно вам не приходилось испытывать острых ощущений? Можно смело предположить, что очень давно. К сожалению или к счастью, но наш мир давно уже не такой, каким был раньше. Он стал намного тише

Антикварный магазин Домовой
В вашем доме есть домовой? Этакое противоречивое и непредсказуемое существо, которое разбрасывает и прячет вещи, топает по ночам и в то же время оберегает домашний очаг и всю семью. . . Кто же такой

Хуэй Чжун Дан
На просторах интернета мы нашли интересный сайт, который предлагает китайские шарики для усиления мужской силы. Ради интереса мы зашли на этот сайт Хуэй Чжун Дан. Сразу на первой странице Вы видите

Капсулы для похудения Лишоу
В наше время, наверное, каждый стремится выглядеть действительно красиво и привлекательно. И в первую очередь все мы бы хотели, что бы наша фигура была идеальной. Но нам из-за отсутствия времени очень

Регата Marmaris Race Week
5  мая 2018 года у  юго-западных берегов Турции стартует традиционная майская « Русская парусная неделя  Volvo» . В  этот раз крупнейшее российское яхтенное соревнование

Дешевая аптека в Ромнах
Добрый день, хотелось бы рассказать вам дорогие друзья про одно место, где вы можете приобрести очень качественные лекарства. Речь пойдет об аптеке, то есть, если вы любитель конкретики, то сеть аптек

Упражнения по арт терапии
Особенности арт-терапевтической сессии: • Доверие (открытость, знакомство с группой, интерес к себе и другим). • Концентрация (привлечение внимания к другим и себе, концентрация на чувствах,

Купить диван в Киеве недорого
Благодаря неустанным стараниям воровской власти нашей страны, уровень жизни населения стремительно падает. Но всем хочется позволить себе маленькие радости, в том числе и в вопросах обновления интерьера.

Домашние тараканы фото
Обычно, таракан – это нежеланный гость. С собой он приносит массу заморочек, потому что является разносчиком зараз, а избавиться от бессчетных колоний достаточно проблематично. Но если вы будет знать,