2 2
2

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение жидкости

1.Поверхностная энергия.

Между молекулами жидкости существуют значительные силы притяжения, которые превышают силы отталкивания. Результирующая межмолекулярная сила ( это сила притяжения) для жидкостей имеет наибольшее значение, как показано на рисунке. Если молекула жидкости находится в средних слоях, то она притягивается к другим молекулам по свем направлениям в равной степени, поэтому результирующая сил притяжения равна нулю. Если молекула находится на поверхности, то она притягивается только к молекулам, расположенным ниже ее, поэтому результирующая сила, как показано на рисунке, направлена вниз. Если молекулу перемещать к поверхности вверх, двигаясь против результирующей межмолекулярных сил, эта сила будет совершать отрицательную работу, то есть энергия (потенциальная в поле молекулярных сил) увеличивается. Значит, чем больше площадь поверхности, тем больше поверхностная энергия.

2 2

Любая физическая система самопроизвольно движется к минимуму потенциальной энергии (поднятое тело стремится упасть, а деформированное тело стремится вернуться в не формированное состояние), поэтому жидкость стремится к минимуму площади поверхности. Поэтому жидкость в идеальных условиях (например, в невесомости) имеет форму шара, так как шар имеет минимальную площадь поверхности из всех тел равного объема.

2. Поверхностное натяжение.

Сила, которая стремится уменьшить площадь поверхности жидкости, направленная по касательной к поверхности называется, силой поверхностного натяжения. Чтобы измерить эту силу, необходимо определить работу, которую необходимо совершить для увеличения поверхности. Перемещаем тонкий стержень из положения АВ в положение CD.

Внешняя сила и сила поверхностного натяжения равны по величине и противоположны по направлению (по третьему закону Ньютона).
-коэффициент поверхностного натяжения.

Множитель 2 в формуле появляется потому, что пленка в опыте имеет 2 поверхности. Коэффициент поверхностного натяжения (или удельная поверхностная энергия) зависит от вещества жидкости и уменьшается при повышении температуры.

На следующей компьютерной модели представлены опыты, демонстрирующие поверхностные явления в жидкости.

3. Измерение коэффициента поверхностного натяжения.

1

На рычажных весах слева легкий проволочный стержень или рамка опускается на поверхность воды и при этом "прилипает" к поверхности, удерживаясь силой поверхностного натяжения. Эта сила компенсируется силой тяжести гирек на правой чаше весов.