Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика" -> 182

Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика — Физматлит, 1970. — 565 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykurstermodinamika1970.djvu
Предыдущая << 1 .. 176 177 178 179 180 181 < 182 > 183 184 185 186 187 188 .. 240 >> Следующая

2. Почему же величину а называют поверхност- р ным натяжением? Для ответа на этот вопрос рассмотрим следующий опыт. Возьмем проволочный каркас, имеющий форму прямоугольника (рис. 111).
Сторона CD каркаса может свободно скользить вдоль направляющих проволок АС и BD. Затя- Рис. ill.
нем площадь ABDC мыльной пленкой. Пленка эта двойная. Она подобно листу бумаги имеет две стороны — переднюю и заднюю — и состоит из двух одинаковых простых пленок, между которыми находится жидкость. Опыт показывает, что пленка стремится сократиться, и перемычка CD приходит в движение вверх. Для удержания в равновесии перемычки CD к ней надо приложить определенную силу, например подвесить грузик. Так как пленка состоит из двух простых пленок, то величину этой силы удобно обозначить посредством 2/, считая, что на каждую простую пленку действует сила /. Найдем величину /. Поддерживая температуру постоянной, увеличим силу / на бесконечно малую величину. Тогда перемычка CD начнет бесконечно медленно перемещаться вниз. При смещении перемычки на расстояние Ах над пленкой будет совершена работа АЛ = 2/ Ах. При этом площадь поверхности пленки увеличится на 2AF = 2а Ах, где а — длина перемычки CD, a AF — увеличение поверхности каждой простой пленки, из которых состоит двойная пленка. По определению поверхностного натяжения работа А А может быть представлена в виде АЛ — 2aAF = 2аа Ах. Приравнивая оба выражения, получим
0 = 1 (106.2)
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
[ГЛ. IX
Отсюда видно, что пленка находится в состоянии натяжения. В таком же состоянии натяжения находится вообще поверхность всякой жидкости. Это означает следующее. Разрежем мысленно пленку вдоль отрезка прямой линии. Тогда каждая из половин разрезанной пленки будет действовать на линию разреза с определенной силой, имеющей характер натяжения, касательной к пленке и перпендикулярной к линии разреза. Сила, отнесенная к единице длины линии разреза, и есть поверхностное натяжение ст.
Таким образом, жидкость ведет себя так, как если бы она была помещена в эластичную (например, резиновую) пленку. Однако такая аналогия является чисто внешней. При растяжении резиновой пленки увеличиваются расстояния между частицами в направлении растяжения, для чего требуется затрата работы против сил сцепления, действующих между этими частицами. Напротив, при увеличении поверхности жидкости работа идет на перемещение молекул из внутренних частей жидкости в поверхностный слой. Кроме того, для растяжения резиновой пленки требуется тем большая сила, чем больше пленка растянута, тогда как сила, требующаяся на увеличение поверхности жидкости, от степени растяжения поверхностной пленки не зависит. При растяжении поверхностной пленки увеличивается только ее поверхность, в остальном пленка остается такой же, поскольку она пополняется молекулами, поступающими из внутренних слоев жидкости.
3. Определение поверхностного натяжения надо еще дополнить указанием среды, с которой граничит жидкость. Дело в том, что на молекулы поверхностного слоя действуют молекулярные силы не только со стороны молекул рассматриваемой жидкости, но и со стороны молекул окружающей среды. Работа, которую надо затратить для извлечения молекулы из внутренних слоев жидкости на ее поверхность, а следовательно, и поверхностное натяжение зависят не только от самой жидкости, но и от той среды, с которой она граничит. В таблицах обычно приводят значения поверхностного натяжения жидкости на границе с воздухом или с ее насыщенным паром. Так, поверхностное натяжение воды при О °С на границе с воздухом равно 75,7 дин/см, а на границе с насыщенным паром 73,2 дин/см. Можно говорить также о поверхностном натяжении на границе раздела двух не смешивающихся жидкостей или на границе раздела жидкости и твердого тела.
4. Опишем некоторые опыты и явления, объясняющиеся поверхностным натяжением.
Возьмем проволочный каркас с натянутой на него мыльной пленкой, на которую положим петлю из нитки (рис. 112). Пока мыльная пленка внутри петли цела, петля может принимать любую форму. Но если пленку внутри петли проколоть, так что жидкая пленка останется только между нитыо и наружной проволокой, то нить под действием сил поверхностного натяжения принимает форму окружности, как это показано на рис. 112 справа.
§ 106]
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
417
Соединим вершины А к С четырехугольного проволочного каркаса ABCD гибкой ненатянутой нитью (рис. 113). Площадь каркаса затянем мыльной пленкой. Находящаяся на пленке нить АС примет форму неправильной кривой линии, не оказывающей никакого сопротивления при ее деформации. Если, однако,
С
Рис. 112.
А
Рис. 113.
уничтожить проколом часть пленки по одну сторону нити, то под действием поверхностного натяжения оставшейся части пленки нить примет форму дуги окружности.
Подвесим палочку АВ (рис. 114) на двух параллельных гибких нитях АС и BD. Нити натянуты и прямолинейны. Если площадь ABDC затянуть мыльной пленкой, то палочка поднимется, а нити искривятся, как показано на рис. 114 справа.
Когда волосяная щетка погружена в воду, то волосы щетки оказываются разделенными. Если же щетку вынуть из воды, то волосы слипаются вместе. В промежутках между волосами остается немного воды, свободная поверхность которой сокращается под действием поверхностного натяжения и стягивает волосы.
Предыдущая << 1 .. 176 177 178 179 180 181 < 182 > 183 184 185 186 187 188 .. 240 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed