Поверхнева енергія
Найбільш характерним властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на кордоні з газом рідина утворює вільну поверхню, наявність якої призводить до виникнення явищ особливого роду, званих поверхневими. Своїм виникненням вони зобов’язані особливим фізичним умовам, в яких знаходяться молекули поблизу вільної поверхні.
На кожну молекулу рідини діють сили тяжіння з боку оточуючих її молекул, розташованих від неї на відстані порядку м (радіус молекулярного дії). На молекулу, розташовану всередині рідини (рис. 1), діють сили з боку таких же молекул, і рівнодіюча цих сил близька до нуля.
Для молекул равнодействующие сил відмінні від нуля і направлені всередину рідини, перпендикулярно до її поверхні. Таким чином, всі молекули рідини, що знаходяться в поверхневому шарі, втягуються всередину рідини. Але простір усередині рідини зайнято іншими молекулами, тому поверхневий шар створює тиск на рідину (молекулярне тиск).
Щоб перемістити молекулу, розташовану безпосередньо під поверхневим шаром, на поверхню, необхідно зробити роботу проти сил молекулярного тиску. Отже, молекули поверхневого шару рідини володіють додатковою потенційною енергією в порівнянні з молекулами всередині рідини. Цю енергію називають поверхневою енергією.
Очевидно, що величина поверхневої енергії тим більше, чим більше площа вільної поверхні.
Нехай площа вільної поверхні змінилася на, при цьому поверхнева енергія змінилася на, де a – коефіцієнт поверхневого натягу.
Так як для цього зміни необхідно здійснити роботу
Звідси.
Одиницею коефіцієнта поверхневого натягу в СІ є джоуль на квадратний метр.
Коефіцієнт поверхневого натягу – величина, чисельно рівна роботі, досконалої молекулярними силами при зміні площі вільної поверхні рідини на одиницю при ізотермічному процесі.
Так як будь-яка система, надана сама собі, прагне зайняти таке положення, в якому її потенційна енергія найменша, то рідина виявляє прагнення до скорочення вільної поверхні.
Поверхневий шар рідини поводиться подібно розтягнутої гумової плівці, тобто весь час прагне скоротити площу своєї поверхні до мінімальних розмірів, можливих при даному обсязі.
Приклад: крапля рідини в стані невагомості має сферичну форму.
Related posts:
- Поверхнева енергія – фізика Прагнення рідини прийняти таку форму, при якій площа її вільної поверхні мінімальна, можна пояснити наступним чином. Як ми вже говорили, на молекулу, що знаходиться на поверхні, діє сила, спрямована всередину рідини. При переміщенні молекули ця сила здійснює позитивну роботу. Щоб перевести молекулу з глибини рідини на її поверхню, зовнішні сили повинні зробити роботу. При цьому […]...
- Поверхневий натяг рідин Рідина на кордоні з газом або парою має вільну поверхню. З’ясуємо, які її властивості. Для цього розглянемо декілька прикладів. Ви не раз спостерігали крапельки роси на листі рослин. Їм властива майже правильна куляста форма. Таку ж форму мають падаючі дощові краплі, краплі ртуті. Якщо покласти на поверхню води бритвене лезо, воно не потоне. Якщо лезо […]...
- Капілярні явища Викривлення поверхні рідини у країв посудини особливо чітко видно у вузьких трубках, де викривляється вся вільна поверхня рідини. В трубках з вузьким перетином ця поверхня являє собою частину сфери, її називають меніском. У смачивающей рідини утворюється увігнутий меніск (рис. 1, а), а у несмачіваемих – опуклий (рис. 1, б). Так як площа поверхні меніска більше, […]...
- Поверхневий натяг – конспект Фізик Лоранд Етвеша якось написав: “Поети можуть проникнути в царство таємниць глибше, ніж вчені”. Однак сам він, щоб розкрити таємниці поверхневого натягу, що грає важливу роль у багатьох явищах природи, використовував цілком наукові методи. Молекули на поверхні рідини притягуються всередину міжмолекулярними силами. Тут поверхневий натяг s рідини пов’язано з її температурою Т, критичною температурою рідини […]...
- Поверхневий натяг мембрани Ми вже знаємо, що добре розчинні у ліпідах молекули швидко проникають у клітину. У зв’язку з цим можна припускати, що деякі види ліпідів входять до складу плазматичної мембрани. Побічно це припущення можна перевірити, вимірюючи величину поверхневого натягу клітини. Вивчення властивостей розчинів вказує на існування у них особливого поверхневого шару. На фіг. 25 схематично представлений поверхневий […]...
- Визначення понять “адгезія” і “когезія” На відміну від поверхні розділу “рідина – газ”, коли міжмолекулярним взаємодією молекул поверхневого шару з молекулами газової фази можна знехтувати у зв’язку з її низькою щільністю, величина межфазового натягу на межі двох рідин визначається по суті різницею міжмолекулярних взаємодій молекул поверхневого шару з молекулами обох фаз. Оскільки абсолютно нерозчинних одна в одній рідин практично немає, […]...
- Методи, засновані на вимірюванні максимального зусилля відриву Поверхневий натяг можна визначити по максимальному зусиллю відриву якого предмета від рідкої поверхні. Метод відриву циліндра або конуса (метод Педді) заснований на визначенні зусилля при відриві. Принципова схема установки аналогічна тій, яка використовується в методі Вильгельми. У цьому випадку визначається сила, що перевищує масу циліндра, точно дорівнює масі рідини, яка піднімається разом з циліндром або […]...
- Чому крапля води кругла Дивлячись на круглі краплі роси або повільно капає з нещільно закритого крана воду, ми спостерігаємо прояви поверхневого натягу. Завдяки цій властивості, краплі утворюються кулясті, а не безформні або, наприклад, кубічні. Як саме це відбувається? Своїм існуванням поверхневий натяг зобов’язане наявності взаємодій між молекулами води – зв’язків, які, власне, роблять воду рідиною. Усередині краплі кожна окремо […]...
- Поверхневий натяг води Відмінною особливістю рідини є наявність у неї вільної поверхні. Молекули, розташовані на цій поверхні, знаходяться в особливих умовах порівняно з молекулами іншої маси рідини. Розглянемо молекулу А, розташовану всередині деякого великого об’єму рідини. Ця молекула взаємодіє з оточуючими її молекулами, що потрапляють у так звану сферу молекулярної дії, радіус якої порядку 10-7 см. Оскільки молекули […]...
- Метод вимірювання капілярного підняття рідини Цей метод вважають найбільш точним, тому що для нього розроблена досить точна теорія, а експериментальні дані легко контролюються. Метод вимірювання капілярного підняття заснований на визначенні різниці рівнів рідини в капілярі радіуса r і в широкому посудині. Рідина піднімається або опускається по капіляру до тих пір, поки висота меніска не досягне висоти, при якій маса стовпа […]...
- Молекулярна будова рідких речовин Молекулярна будова рідких речовин така, що дистанції між молекулами приблизно дорівнюють розміру самих молекул, отже, молекули розміщені вже не настільки близько, як в твердих тілах. Молекулярне будова рідких речовин таке, що дистанції між молекулами приблизно дорівнюють розміру самих молекул, отже, молекули розміщені вже не настільки близько, як в твердих тілах. Їм простіше переміщатися один відносно […]...
- Тиск Лапласа під викривленою поверхнею рідини Форма поверхні рідини, налитої в посудину, визначається трьома факторами: силами взаємодії між молекулами рідини, силами взаємодії між молекулами рідини і молекулами, що входять до складу стінок посудини, і дією сили тяжіння. Якщо достатньо велику кількість рідини налито в широкий посудину, то рідина внаслідок переважаючого дії сили тяжіння в цьому випадку має плоску горизонтальну поверхню. Однак […]...
- Властивості рідин За своїми фізичними властивостями рідини займають проміжне положення між реальними газами і твердими тілами. Подібно газам і на відміну від твердих тіл рідини не володіють певною формою, а приймають форму посудини, в якому знаходяться. Подібно твердим тілам і на відміну від газів рідини зберігають свій об’єм. Рідини мають досить щільну упаковку частинок: щільність речовини в […]...
- Взаємодія між атомами і молекулами речовини Між молекулами речовини діють одночасно сили тяжіння і сили відштовхування. Ці сили у великій мірі залежать від відстаней між молекулами. Згідно з експериментальними і теоретичним дослідженням міжмолекулярні сили взаємодії обернено пропорційні n-го ступеня відстані між молекулами: Де для сил тяжіння n = 7, а для сил відштовхування. Взаємодія двох молекул можна описати за допомогою графіка […]...
- Поверхнева щільність заряду Досліджуємо тепер на досвіді, яким чином розподіляються заряди на зовнішній поверхні провідника. Для цього ми скористаємося раніше пробної платівкою. Вона повинна бути гнучкою або настільки малою, щоб при зіткненні з провідником її можна було розглядати як частину поверхні провідника. У цьому випадку на неї перейде заряд, що припадає на частину поверхні, що збігається з платівкою. […]...
- Метод вимірювання маси предмета в поверхневому шарі рідини МетодВільгельмі – урівноваження тонкої пластинки, зануреної в рідину, – один з найбільш точних методів визначення поверхневого натягу, що не вимагає введення будь-яких поправок, дуже простий у використанні. Найбільш поширена схема установки для визначення поверхневого натягу цим методом наведена на рис. 1.7. Установка включає платівку 1, частково занурену в рідину 2. Глибина занурення залежить від поверхневого […]...
- Паротворення і конденсація Паротворення – це перехід рідини в газоподібний стан (у пар). Існує два способи паротворення: випаровування і кипіння. Випаровуванням називається пароутворення, яке відбувається при будь-якій температурі з вільної поверхні рідини. Як ви пам’ятаєте з розділу “Насичений пар”, причиною випаровування є виліт з рідини найбільш швидких молекул, які здатні подолати сили міжмолекулярної тяжіння. Ці молекули і утворюють […]...
- Рідкі речовини: будова, властивості, класифікація З’єднання в агрегатному стані, що займає проміжне положення між твердим і газоподібними станами, називається рідкою речовиною. Будова Молекули рідини не мають строго впорядкованої структури як в твердій речовині і можуть перескакувати з одного місця на інше, що пояснює плинність рідини. Відстань між молекулами рідкого речовини близьке, але не така велика, як між молекулами газів. Частинки […]...
- Плазматична мембрана Якщо плазматична мембрана в основному утворена ліпідами, то величина її поверхневого натягу повинна бути відносно невелика. Саме це міркування було використано при перевірці гіпотези про ліпідної природі плазматичної мембрани. З цією метою клітини, позбавлені оболонок і какихлибо інших позаклітинних утворень, здавлювали за допомогою маленької платівки із золота Це рівняння виведено виходячи з припущення, що опір […]...
- Тепловий рух: внутрішня енергія Як ви думаєте, від чого залежить швидкість розчинення цукру у воді? Можете провести простий експеримент. Візьміть два шматки цукру і киньте один в склянку з окропом, інший – в склянку з холодною водою. Ви побачите, як цукор в окропі розчиниться в кілька разів швидше, ніж у холодній воді. Причиною розчинення є дифузія. Значить, дифузія відбувається […]...
- Внутрішня енергія тіл Згідно MKT всі речовини складаються з частинок, які знаходяться в безперервному тепловому русі і взаємодіють один з одним. Тому, навіть якщо тіло нерухомо і має нульову потенційну енергію, воно має енергією (внутрішньою енергією), що представляє собою сумарну енергію руху і взаємодії мікрочастинок, що складають тіло. До складу внутрішньої енергії входять: Кінетична енергія поступального, обертального і […]...
- Фізика рідин За своїми властивостями рідини займають проміжне положення між газами і твердими тілами: рідини зберігають обсяг, але не форму. Ми можемо говорити про одному літрі води, переливаючи її з посудини в посудину; але при цьому вода приймає форму судини. Як і в твердих тілах, частки рідини упаковані вельми щільно і здійснюють коливання близько деяких положень рівноваги. […]...
- Енергія палива Всім відомо, що в нашому житті величезну роль відіграє використання палива. Паливо застосовують практично в будь-якій галузі сучасної промисловості. Особливо часто застосовується паливо, отримане з нафти: бензин, гас, соляр та інші. Також застосовують горючі гази (метан та інші). Звідки береться енергія у палива Відомо, що молекули складаються з атомів. Для того, щоб розділити яку або […]...
- Чим відрізняється випаровування від кипіння Тверда, рідка і газоподібна – кожна речовина може перебувати за певних умов у цих агрегатних станах. Випаровування і кипіння представляє собою процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний. Що таке випаровування і кипіння Випаровування – процес пароутворення з поверхні рідини. Кипіння – процес пароутворення в рідині. У чому ж різниця між випаровуванням і кипінням? […]...
- Фізичні властивості води: доповідь При звичайних умовах вода – це рідка прозореа речовина без кольору, смаку і запаху. Щільність рідкої води має максимальне значення – 1 г/см3 при 4°C. При 0°C вода переходить з рідкого стану в твердий – лід. При 100°C вода кипить і переходить в газоподібний стан – водяна пара. Аналоги води за будовою та хімічним складом […]...
- Розміри молекул Розмір молекули є величиною умовною. Його оцінюють так. Між молекулами поряд з силами притягання діють і сили відштовхування, тому молекули можуть зближуватися лише до деякої відстані d (рис. 1). Відстань граничного зближення центрів двох молекул називають ефективним діаметром молекули d (при цьому вважають, що молекули мають сферичну форму). В даний час існує багато методів визначення […]...
- Взаємодія молекул ідеального газу Молекули взаємно притягуються – в цьому неможливо сумніватися. Якби на якусь мить молекули перестали притягатися, то всі рідкі та тверді тіла розпалися б і весь світ перетворився в газ. Молекули відштовхуються, і це безсумнівно, бо інакше рідина стискалася б так само легко, як і газ. Між молекулами діють сили, багато в чому схожі на міжатомні […]...
- Внутрішня енергія: доповідь Внутрішня енергія – найважливіша умова існування і характеристика всіх тіл живої та неживої природи. Для того щоб визначити її значення в організації життя на нашій планеті, згадаємо основні фізичні поняття термодинаміки. Макроскопічні тіла складаються з рухомих і взаємодіючих частинок: молекул, атомів, іонів. У свою чергу, атоми і ядра атомів теж складаються з рухомих і взаємодіючих […]...
- Розміри, маса молекул Маса молекул (за винятком молекул органічних речовин, наприклад, білків) дуже мала. Так, маса молекули води становить близько 2,7 – 10 -23 м Розміри молекул. Для визначення розмірів молекул проводилися різні досліди. Ось один з них. У посудину з водою поміщають краплю олії, обсяг якої визначається заздалегідь. (Обсяг краплі V визначають за допомогою мензурки, в яку […]...
- Взаємодія частинок речовини Третє положення МКТ говорить про взаємодію частинок речовини: атоми або молекули взаємодіють один з одним силами тяжіння і відштовхування, які залежать від відстаней між частинками: при збільшенні відстаней починають переважати сили притягання, при зменшенні – сили відштовхування. Про справедливість третій положення МКТ свідчать сили пружності, що виникають при деформаціях тел. При розтягуванні тіла збільшуються відстані […]...
- Механічна енергія і сила тертя Тіло, отримавши поштовх, рухається вгору, проти сили тяжіння. При цьому його кінетична енергія зменшується. Досягнувши верхньої точки траєкторії, тіло на мить зупиняється і починає зворотний шлях вниз. Але ось інший приклад. Тіло лежить на горизонтальній негладкою поверхні. Отримавши поштовх, воно починає рухатися. Через дії сили тертя кінетична енергія тіла зменшується. Пройшовши деяку відстань, тіло зупиняється, […]...
- Внутрішня енергія При вивченні фізики розглядаються механічні, теплові, світлові, електричні та інші явища. З деякими механічними явищами ми вже познайомилися. Відомо також, що існує два види механічної енергії: кінетична і потенційна. Всяке рухоме тіло має кінетичної енергією. Так, наприклад, кінетичної енергією володіє летить птах, рухомі літак, м’яч, поточна вода і т. Д. Кінетична енергія тіла залежить від […]...
- Енергія заряджених тіл. Енергія електричного поля Для того щоб зарядити конденсатор, т. є. Створити деяку різницю потенціалів між двома тілами – обкладинками конденсатора, потрібно затратити деяку роботу. Це пов’язано з тим, що процес зарядки тіла, як ми говорили в § 5, означає завжди розділення зарядів, т. Е. Створення на одному тілі надлишку зарядів одного знака, а на іншому тілі – іншого […]...
- “Живі” молекули Живі істоти – навіть найдрібніші бактерії – побудовані з величезних і дуже складно влаштованих молекул. Найбільші з них – це молекули, в яких міститься так звана спадкова інформація. Ці молекули називають молекулами ДНК. Модель невеликої ділянки такої молекули показана на рис. 5.4. Саме завдяки тонкій і точній роботі таких молекул кошеня схожий на кішку, слоненя […]...
- Внутрішня енергія – коротко Теплові явища можна описувати за допомогою величин (макроскопічних параметрів), вимірюваних такими приладами, як манометр і термометр. Ці прилади не реагують на вплив окремих молекул. Теорія теплових процесів, в якій не враховується молекулярну будову тіл, називається термодинамікою. У термодинаміки розглядаються процеси з погляду перетворення теплоти в інші види енергії. Пригадайте з курсу фізики основної школи, що […]...
- Визначення температури. Енергія теплового руху молекул Середня кінетична енергія молекул газу при тепловому рівновазі. Візьмемо посудину, розділений навпіл перегородкою, що проводить тепло. В одну половину посудини помістимо кисень, а в іншу – водень, що мають різну температуру. Через деякий час гази будуть мати однакову температуру, не залежну від роду газу, т. Е. Перебуватимуть у стані теплової рівноваги. Для визначення температури з’ясуємо, […]...
- Тиск рідини Тиск рідин і газів має цікаві особливості, що відрізняють його від тиску твердих тіл. Переконаємося в цьому на дослідах. Почнемо з вивчення тиску рідини. Візьмемо посудину, в дні і стінках якого є отвори, закриті гумовими плівками. Якщо ми наллємо воду в цю посудину, то побачимо, що всі плівки вигнулись назовні – схематично це зображено на […]...
- Внутрішня енергія тіла Молекули, з яких складається тіло, постійно здійснюють безладне тепловий рух. Вони рухаються відносно один одного, обертаються, здійснюють коливальні рухи (подібно пружинам). Існує кінетична енергія такого руху, а також потенційна енергія коливань молекул. Крім того, існує потенційна енергія взаємодії молекул між собою (за рахунок сил тяжіння і відштовхування). Сума всіх цих енергій і становить внутрішню енергію […]...
- Будова газоподібних, рідких і твердих тіл Подумайте, чи можна пояснити властивості речовини у всіх його агрегатних станах будовою речовини, рухом і взаємодією його частинок. Сили взаємодії молекул. Молекули взаємодіють один з одним. Без цієї взаємодії не було б ні твердих, ні рідких тіл. Довести існування значних сил взаємодії між атомами або молекулами нескладно. Спробуйте-но зламати товсту палицю! А адже вона складається […]...
- Капілярні явища. Формула Жюрена У житті часто доводиться мати справу з тілами, пронизаним безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, грунт, дерево). Приходячи в зіткнення з водою або іншими рідинами, такі тіла дуже часто вбирають в себе рідину. На цьому заснована дія рушники, гніту в лампі, харчування рослин. Подібні явища можна також спостерігати в дуже вузьких скляних трубочках, які називаються […]...