Felületi feszültség 1
Tulajdonságok folyadékok. A felületi feszültség 4
Source List 14
Felületi feszültség - termodinamikai jellemzői közötti interfész két fázis egyensúlyban van, meghatározott munka izotermokineticheskogo reverzibilis képződését felületének a készülék a feltétellel, hogy a hőmérséklet a rendszer térfogatának és az kémiai potenciálok összes komponens a két fázisban állandó marad.
Felületi feszültség kétszerese a fizikai értelemben - energia (termodinamikai) és az erő (mechanikai). Teljesítmény (termodinamikai) meghatározása: a felületi feszültség - a fajlagos munkafelület növelésével húzó állapotát állandó hőmérséklet. Az erő (mechanikai) meghatározása: A felületi feszültség - az az erő egységnyi a vonal hosszát, amely meghatározza a folyadék felszínén.
Felületi feszültségi erő tangenciálisan irányított a folyadék felületi, merőleges a rész a kontúr amelyben működik. Felületi feszültség erő arányos a hossza a hurkos része, amelyen működik. Az arányossági tényező γ - az erő egységnyi hossza a kör - az úgynevezett felületi feszültség. Ez Newtonban mérve méterenként. De pontosabban meghatározzuk a felületi feszültség, mint az energia (J) egységnyi területen a rés (m²). Ebben az esetben, egyértelmű fizikai értelmében a fogalom a felületi feszültség.
1983-ban, bebizonyosodott elméletileg és megerősítette az adatokat a referencia (Journal of Physical Chemistry 1983 № 10, pp 2528-2530 ..), hogy a koncepció a felületi feszültség a folyadék egyértelműen a koncepció része a belső energia (bár különösen: a szimmetrikus molekulák hasonló alakú egy gömb alakú). Az információ ebben a folyóiratcikk képletek lehetővé teszik bizonyos anyagok elméletileg számított értéket a felületi feszültség a folyadék más fiziko-kémiai tulajdonságok, mint például a hő párologtatás vagy belső energia
Felületi feszültség lehet a határon a gáznemű, folyékony és szilárd anyagok. Jellemzően arra utal, hogy a felületi feszültség folyékony szervek határán a „folyékony - gáz”. Abban az esetben, a felületi feszültség a folyadék felületi is tekinthető, mint egy legitim ható erő egységnyi hossza a felületi körvonal és a felület hajlamos minimálisra csökkentése a megadott térfogatok fázisok.
Tulajdonságok folyadékok. felületi feszültség
A molekulák az anyag folyékony állapotban található, nagyon közel vannak egymáshoz. Ellentétben kristályos szilárd anyagok, amelyekben a molekula képez rendezett szerkezetek egész kristály és teheti a termikus rezgések mintegy rögzített központok, a folyadék molekulák több szabadságot. Mindegyik molekula a folyadék, valamint a szilárd állapotban, „befogva” minden oldalról szomszédos molekulák és teszi a termikus rezgések néhány egyensúlyi helyzet. Azonban, időről időre, minden olyan molekulát lehet mozgatni, hogy egy szomszédos üres helyet. Az ilyen ugrások folyadékokban gyakori; így a molekulák nem kötődnek specifikus központok kristályok, és lehet mozgatni a folyadék térfogata. Ez magyarázza a folyadék áramlását. Mivel az erős kölcsönhatás a szorosan elrendezett molekulák, akkor képezhetnek egy helyi (instabil) rendelt csoportok tartalmazó több molekula. Ez az úgynevezett a rövid távú rendezettséget (ábra. 1).
Egy példa a rövid távú rendezettséget a folyadék molekulák és hosszú kristály molekulák: 1 - víz; 2 - a jég.
Ábra. A 2. ábra a különbség a gáznemű anyagnak a folyékony víz példa. H2 O A víz molekula egy-egy oxigénatomot és két hidrogénatom található szögben 104 °. Az átlagos távolság molekulák között pár tucat alkalommal közötti átlagos távolság a víz molekuláit. Ellentétben ábra. 3.5.1, ahol a víz molekulák ábrázolt formájában labdákat, ábra. 3.5.2 betekintést nyújt a szerkezet a vízmolekula.
Vízgőz (1) vizet és (2). A vízmolekulák megnövekedett körülbelül 5 × 10 7-szer.
Mivel a sűrű a molekulák összenyomhatósága folyadékok, azaz a térfogatváltozás, amikor a nyomás nagyon alacsony; ez a több tíz vagy száz ezerszer kisebb, mint a gáz.
Folyékony mint szilárd anyagok változtatni a hangerőt a hőmérséklet változására. Mert nem túl nagy hőmérséklet-intervallum relatív változás aAV / V0 összege arányos a hőmérséklet-változás AT:
β együtthatót nevezik hőmérsékleti együtthatója volumenpótlással. Ez az arány a folyadékok tízszer nagyobb, mint a szilárd anyagokat. A víz, például hőmérsékleten 20 ° C-βv ≈ 2 · 10 -4 K -1. acél βst ≈ 3,6 · 10 5 K-1. kvarcüvegből βkv ≈ 9 · 10 -6 K -1.
A hőtágulás a víz egy érdekes és fontos a földi élet anomália. Alatti hőmérséklet 4 ° C-on a víz kitágul, mint a hőmérséklet csökken (β <0). Максимум плотности ρв = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
A fagyasztás a víz kitágul, így a jég felszínén úszó a fagyasztás a tó. Fagyasztási hőmérséklet víz alatti jég 0 ° C-on A sűrűbb vizes fázist az alsó tározó hőmérséklete körülbelül 4 ° C-on Ennek köszönhetően lehet az élet a fagyasztás víztározók.
A legérdekesebb jellemzője a folyadék jelenlétét szabad felület. Folyékony, ellentétben a gáz nem tölti ki a teljes mennyiségét az edény, amelybe öntjük. Között folyadék és a gáz (vagy gőz) képez egy interfész, amely a különleges feltételek, mint a többi a folyékony tömeg. A molekulák a határréteg folyadék, ellentétben a molekulák mélysége, körülvéve más molekulák nem azonos folyadék minden oldalon. Intermolekuláris erőkkel ható molekulák egyike a folyékony a szomszédos molekulák átlagosan kölcsönösen kompenzálják. Minden olyan molekula, a határréteg készült molekulák a folyadék (a ható erők egy adott molekula a folyékony gáz molekulák (vagy gőz) figyelmen kívül hagyható). Ennek eredményeként, van némi eredő erő irányított mélyen a folyadék. Ha a molekula mozog befelé a folyadék felületén, az intermolekuláris kölcsönhatás erő lesz, hogy egy pozitív munkát. Ezzel szemben, hogy eltávolítsuk egy bizonyos molekulák száma a folyadék mélységét a felszínre (azaz növelik a terület a folyadék felszínén), szükséges, hogy fordítsuk pozitív munkát ΔAvnesh külső erők. arányos a változás ΔS a felület:
Faktor σ nevezzük felületi feszültség (σ> 0). Így, a felületi feszültség tényező egyenlő a szükséges munka, hogy növelje a terület a folyadék felületi állandó hőmérsékleten egységet.
Az SI felületi feszültség mérése joule per négyzetméter (J / m 2) vagy newton per méter (1 N / m = 1 J / m 2).
Következésképpen, a folyadék molekulái a felületi réteg egy redundáns összehasonlítása a molekulák a folyadék potenciális energiája. A potenciális energia Ep a folyadék felszínén arányos annak közelében
Ismert a szerelők, hogy az egyensúlyi állapot a rendszer megfelel a minimális értékét a potenciális energia. Ebből következik, hogy a szabad felülete a folyadék hajlamos csökkenteni a területen. Emiatt, a szabad folyadékot cseppecske vesz gömb alakú. A folyadék úgy viselkedik, mintha egy érintőleges a felszínre, erők, amelyek csökkentik (meghúzás) a felületet. Ezek az erők nevezzük erők a felületi feszültség.
A jelenléte a felületi feszültség erők teszi a folyadék felszíne-szerű elasztikus kifeszített fólia, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a rugalmas erő a film függ annak felülete (azaz a film deformálódik), és a felületi feszültség nem függ a terület a folyadék felszínén.
Egyes folyadékok, például szappanos vízzel, képesek egy vékony film. Köztudott buborékok gömb alakja van - ez is nyilvánvaló hatása a felületi feszültség erők. Elhagyása drótváz egy szappanos oldattal, amelynek egyik oldalán mozgatható, akkor húzza az egész folyadékfilm (3.).
A mozgatható oldalon a drótváz egyensúlyi hatására egy külső erő, és az eredő erő a felületi feszültség.
Felületi feszültség erők hajlamosak csökkenteni a film felületén. Az egyensúlyt a mozgó oldali keretek szükséges alkalmazni a külső erő, ha az erő a keresztléc költözni Ax, ez is működik ΔAvnesh Fvnesh = x = ΔEp = σΔS, ahol ΔS = 2LΔx - a növekedés a felület mindkét oldalán szappanos film. Mivel a modul ugyanolyan erők és felírható:
A felületi feszültség σ lehet meghatározni, mint a felületi feszültségi erő modulus ható egységnyi hossza a vonal, a határoló felületen.
Mivel az intézkedés a felületi feszültség erők a folyadékcseppek és a buborékok belsejében történik túlnyomás Dp. Ha mentálisan vágott gömb alakú szemcsék, R sugarú két részre, mindegyik egyensúlyban kell lenni az intézkedés alapján a felületi feszültség ható erők a határszakasz 2πR, és túlnyomás ható erők πR 2 keresztmetszeti területe (ábra. 4). Az egyensúlyi állapot felírható
Ennélfogva, a felesleges nyomás a csepp is
Közötti határ közelében a folyadék, szilárd és a gáz alakban egy szabad folyadékfelszín függ erők közötti kölcsönhatás molekulák egy folyadékot egy szilárd molekulák (reagáltatva molekulák a gáz (vagy gőz) figyelmen kívül hagyható). Ha ezek az erők több erők közötti kölcsönhatás molekulák a folyadék magát, a folyadék nedvesíti a felületén a szilárd. Ebben az esetben, a folyadék jön egy bizonyos hegyesszöget θ szilárd felületre jellemző egy adott pár folyadék - szilárd anyag. A szög θ az úgynevezett érintkezési szög. Ha az erők a folyadék molekulák meghaladják azok kölcsönhatás erőssége a molekulák egy szilárd test, az érintkezési szög θ egy tompaszögű (lásd. 5.). Ebben az esetben azt mondjuk, hogy a folyadék nem nedvesíti a szilárd anyag felületéhez. Amikor teljesen nedvesített θ = 0, a teljes nem-nedvesítő θ = 180 °.
Kapcsolat szögek a nedvesítő (1), és a nem-nedvesítő (2) folyadékok.
Kapilláris jelenségek az úgynevezett emelési vagy süllyesztési a folyadék kis átmérőjű csövek - kapillárisok. Nedvesítőfolyadék emelkedő a kapillárisokon keresztül, nem-nedvesítő - lefelé.
Ábra. 3.5.6 ábra a kapilláris cső r sugarú, az alsó végén a leeresztett sűrűsége a nedvesítő folyadék ρ. A felső végén a kapilláris nyitott. Az emelkedés a kapilláris folyadék mindaddig folytatódik, amíg a gravitációs erő hat a folyadék oszlop a kapilláris csőben, egyenlővé válik modulo FH kapott ható felületi feszültségből mentén érintkező határoló felületén a kapilláris folyadék: Fm = fN. ahol Fm = mg = ρhπr 2 g, fn = σ2πr cos θ.
Ha teljesen nem nedvesítő θ = 180 °, cos θ = -1, és ezért, h <0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
A víz szinte teljesen nedvesíti tiszta üveg felületén. Ezzel szemben, higany nem teljesen nedvesíti az üveg felületén. Ezért, a szint a higany az üveg kapilláris alá csökkentjük szintje az edényben.
következtetés
Mivel a megőrzését a folyadék térfogata egyik képzésére képes szabad felületén. Az ilyen felület a felület a fázisszétválás az anyag: az egyik oldalán van a folyékony fázis, a másik - a gáz-halmazállapotú (gőz) és esetleg más gázok, például levegő.
Ha a folyékony és gáznemű fázisok ugyanazon anyag érintkezésbe, erők adódnak, amelyek hajlamosak csökkenteni a határfelületi területet - a felületi feszültség erők. a felület viselkedik mint egy rugalmas membránt, amely hajlamos arra, hogy húzza össze.
Felületi feszültség lehet magyarázni a vonzás által molekulái között a folyadék. Mindegyik molekulát vonz más molekulák, megpróbálva „bekeríteni” őket magad, és akkor kap el a felületről. Ennek megfelelően, a felület általában csökken.
Ezért, buborékok és a buborékok hajlamosak forralás során, hogy egy gömb alakú: a térfogata ennek a felületnek van egy minimális labdát. Ha csak folyadék felületi feszültségi erők, arra van szükség, hogy egy gömb alakú - például víz cseppek szabadesésben.
Kis tárgyak sűrűsége nagyobb, mint az a folyadék sűrűségét, képesek „float” a folyadék felszínén, mert a gravitáció ereje kisebb, mint az erő, amely megakadályozza a növekedését a felülete.