Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Яворский Б.М. -> "Физика для школьников старших классов и поступающих" -> 63

Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.

Яворский Б.М. Физика для школьников старших классов и поступающих — М.: Дрофа, 2005. — 795 c.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyashkolnikovstarshihklasov2005 .djvu
Предыдущая << 1 .. 57 58 59 60 61 62 < 63 > 64 65 66 67 68 69 .. 236 >> Следующая


N

где U1 = -g — число молекул на единице площади поверхностного слоя. Коэффициент поверхностного натяжения вычисляется также по формуле

ДF ° AS ’

где AF — изменение свободной энергии поверхностного слоя, AS — изменение площади поверхности.

Коэффициент поверхностного натяжения а зависит от химического состава жидкости и ее температуры. С увеличением температуры о уменьшается и обращается в нуль при критической температуре (11.5.3.1°). При введении в жидкость примесей поверхностно-активных веществ (ПАВ) коэффициент поверхностного натяжения уменьшается. Это связано с тем, что такие вещества адсорбируются в поверхностном слое жидкости и уменьшают свободную энергию этого слоя (11.4.4.5°).

5°. Между поверхностным слоем жидкости и упругой пленкой (п. 3°) имеется существенное различие. Поверхностное натяжение жидкостей не зависит от размеров свободной поверхности и стремится сократить ее до нуля. Натяжение обычной упругой пленки прямо пропорционально ее деформации и равно нулю при определенной конечной площади поверхности пленки.

Своеобразие свойств жидких пленок связано с тем, что при изотермическом растяжении (сжатии) этих пленок изменяется число молекул в поверхностном слое, а средние расстояния ме-
198

ГЛ. II.6. жидкости

жду молекулами и определяемые этими расстояниями силы межмолекулярного взаимодействия не изменяются. Поэтому величина поверхностного натяжения не зависит от площади свободной поверхности жидкости.

6°. Если поверхность жидкости ограничена периметром смачивания (11.6.5.1°), то величина с равна силе, действующей на единицу длины периметра смачивания и направленной перпендикулярно к нему. Эта сила лежит в плоскости, касательной к свободной поверхности жидкости.

§ П.6.5. Смачивание и капиллярные явления

1°. Свободная поверхность жидкости, искривленная около стенок сосуда, называется мениском. Линия, по которой мениск пересекается с твердым телом, называется периметром смачивания. Для характеристики мениска вводится краевой угол Ь между смоченной поверхностью стенки и мениском в точках их пересечения. Если Ф < 71/2 (рис. II.6.1, а), то жидкость считается смачивающей стенку, если ¦& > п/2, то жидкость не смачивает стенку (рис. П.6.1, б).

Смачивание (несмачиваыие) считается идеальным, если $ = О (в = л). Соответственно мениск имеет вогнутую и выпуклую форму. Отсутствию смачивания и несмачивания соответствует условие Ь =л/2, при котором жидкость имеет плоскую свободную поверхность.

2°. Появление мениска связано с тем, что молекулы жидко- , сти взаимодействуют друг с другом и с частицами твердого тела. Молекула А поверхностного слоя, находящаяся вблизи стенки сосуда и имеющая сферу молекулярного действия

Рис. II.6.1

Рис. II.6.2
§ II.6.5. СМАЧИВАНИЕ И КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

199

Рис. II.6.3

Рис. II.6.4

(11.5.2.3°) радиуса Rm (рис. II.6.2), испытывает результирующие силы притяжения ее всеми остальными молекулами жидкости (F1) и всеми частицами стенки (F2). Сила F2 направлена перпендикулярно к стенке. Это вытекает из соображений симметрии. Направление силы F1 зависит от формы мениска и положения молекулы А относительно стенки. Например, если мениск плоский (п. 1°) и молекула А находится у самой стенки, то сила F1 направлена под углом 45° к стенке (рис. II.6.3). Молекула А находится в равновесии только в том случае, если результирующая сила F = F1 + F2 направлена перпендикулярно к поверхности жидкости1. Иначе молекула А переместилась бы вдоль этой поверхности.

3°. Форма мениска определяется возможными тремя направлениями силы F:

а) сила F параллельна поверхности стенки, поверхность жидкости плоская и 6 = п/2 (рис. II.6.4, а);

б) сила F направлена в сторону стенки; силы притяжения молекулы А стенкой превосходят силы ее притяжения молекулами жидкости. Жидкость имеет вогнутый мениск ¦& <71/2, т. е. жидкость смачивает стенку (рис. II.6.4, б);

в) сила F направлена в сторону жидкости; силы притяжения молекулы А молекулами жидкости преобладают над силами притяжения ее частицами стенки. Мениск жидкости будет выпуклый, Ф > п/2, жидкость не смачивает стенку (рис. П.6.4, в).

1 При этом мы пренебрегаем силой тяжести молекулы А, которая пренебрежимо мала по сравнению с силами F1 и F2.
200

ГЛ. II.6. жидкости

4°. Искривленный поверхностный слой производит на жидкость дополнительное к внешнему давление Др, вызванное силами поверхностного натяжения. Подобно этому растянутая упругая оболочка оказывает давление на заключенный внутри нее газ. Дополнительное давление, производимое на жидкость поверхностным слоем произвольной формы, вычисляется по формуле

где с — коэффициент поверхностного натяжения (11.6.4.4°), .R1 и R2 — радиусы кривизны двух любых взаимно перпендикулярных нормальных сечений1 поверхности жидкости в рассматриваемой ее точке А. Радиус кривизны R1 (или R2) считается положительным, если центр кривизны соответствующего сечения находится внутри жидкости. В противном случае радиус кривизны считается отрицательным. Таким образом, Ap > О, если мениск выпуклый, и Ap < 0, если он вогнутый. В случае плоской поверхности R1 = R2 = °о, и дополнительное давление отсутству-
Предыдущая << 1 .. 57 58 59 60 61 62 < 63 > 64 65 66 67 68 69 .. 236 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed