A felületi feszültség a folyadék

A felület a folyadék érintkezik egy másik közeggel, különleges körülmények között tárolják, összehasonlítva a többi folyékony tömeg. A ható erők minden molekulája a folyadék felületi réteg határos a gőz felé a folyadék térfogata, hogy belül van a folyadék. Következésképpen, mozgatni molekulák a folyadék mélységét a felszínen a munkát kell végezni. Ha állandó hőmérsékleten, hogy növelje a felület egy végtelenül kicsiny mennyiségű dS. van szükség erre a műveletre lesz egyenlő. A munka növeli a felület készül erőivel szemben a felületi feszültség, ami általában csökkenti, csökkenti felületre. Ezért maga a munka a felületi feszültség erők, hogy növelje a felülete a folyadék lesz egyenlő:

Itt az arányosság együttható # 963; Ez az úgynevezett együttható a felületi feszültség, és határozzuk meg működését felületi feszültség változása egységnyi felületre jutó. Az SI felületi feszültség mérjük joule / m 2.

A molekulák a felületi folyékony réteg van egy redundáns összehasonlítása a mély molekulák potenciális energia, amely egyenesen arányos a terület a folyadék felületi:

A növekmény a felületi réteg a potenciális energia kapcsolódó csak inkrementálással felülete :. Felületi feszültség - konzervatív erők, így az egyenlő :. Felületi feszültség erők hajlamosak csökkenteni a potenciális energia a folyadék felszínén. Jellemzően az energia, hogy lehet alakítani a munka, az úgynevezett amerikai szabad energia. Ezért tudunk írni. A koncepció a szabad energia, tudjuk írni az (6.36) az alábbiak szerint :. Használata az utóbbi egyenlet határozza meg a felületi feszültséget, mint egy fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a szabad energia egységnyi területen a folyadék felszínén.

Az akció a felületi feszültség erők is megfigyelhető egy egyszerű kísérlet egy vékony film folyadék (például szappan oldat), amely körülöleli a négyszögletes drótváz, amelynek egyik oldalán, hogy mix (6.11 ábra). Tegyük fel, hogy a mozgatható oldalon, a hossza # 8467; hat, külső erő FB. mozgatja a mozgatható oldalsó keret egyenletesen nagyon kis távolság dh. Elementary munkája ez az erő egyenlő lesz, mint az erő és a mozgás ugyanabban az irányban. Mivel a film két felülete van, és. majd végig mindegyik küldött a felületi feszültség F erő, amely a vektor összege a külső erő. Modul külső erő kétszeresével egyenlő az abszolút értéke egy az erők a felületi feszültség. Minimális által végzett munka a külső erő egyenlő nagyságú a munka mennyiségét felületi feszültség :. Az a munka nagyságrendjének felületi feszültség kerül meghatározásra az alábbiak szerint:

, hol. Itt van. Ez poverhnostnogonatyazheniya együttható lehet meghatározni, mint az értéke egyenlő a ható felületi feszültségi erő érintőlegesen a folyadék felszínével egységnyi hossza a vonalszakasz. Felületi feszültség erők hajlamosak csökkenteni a terület a folyadék felszínén. Ez észrevehető kis mennyiségű folyadékot, amikor úgy cseppek formájában golyók. Mint ismeretes, a gömb alakú felületnek egy minimális területet egy adott térfogatú. A folyadék hozott nagy mennyiségben, a gravitáció hatására folyik át a felületet, amelyen ez található. Mint ismeretes, a gravitációs erő függ a testtömegtől, így értéke csökkentik a testtömeget is csökkenti, és egy bizonyos súlyt összehasonlítható vagy még sokkal kisebb, mint a felületi feszültség erők. Ebben az esetben a gravitáció lehet figyelmen kívül hagyni. Ha a folyadék állapotában van a súlytalanság, akkor is, ha nagy mennyiségű felülete általában a gömb alakú. Visszaigazoló e - a híres kísérlet fennsík. Ha két folyadék választani azonos sűrűségű a gravitáció hatására az egyiket (hozott kisebb mennyiségben) fogja kompenzálni archimedesi erő, és ez lesz a gömb alakú. Ilyen feltételek mellett fog lebegni a másik belsejében folyadék.

Nézzük meg, mi történik, hogy a folyadék csepp 1, határos egyik oldalán gőzzel 3, másrészt a 2 folyadék (ris.6.12). Úgy döntünk, egy nagyon kis eleme a részén mindhárom anyag határos d # 8467;. Ezután a felületi feszültség interfészek lesz irányítva mentén érintői a kontúrt az interfészek és a következők:

Figyelmen kívül hagyjuk a befolyása a gravitációs erő. 1 csepp folyadék egyensúlyban van, ha az alábbi feltételek teljesülnek:

Behelyettesítve (6,37) a (6,38), csökkent a d # 8467; mindkét oldalán (6,38), négyszögesítése mindkét oldalán (6,38), és adjunk nekik, megkapjuk:

ahol - a szög a érintők, hogy a média felület hívják szöget.

Elemzés egyenlet (6,39) azt mutatja, hogy a vételi és az 1 folyadék teljesen nedvesíti a felületet a folyékony 2, terjed rajta egy vékony réteg (a teljes nedvesedése jelenség).

Hasonló jelenség figyelhető meg során elterjedése egy vékony réteg folyékony 1 a felületén a szilárd test ellenkező 2. Néha folyadék nem terül szét a szilárd test felületének. Ha, akkor a folyékony 1 teljesen nedvesíti a szilárd test 2 (teljes, nem-nedvesítő jelenség). Ebben az esetben csak egy érintési pont 1 folyékony és szilárd test 2. Teljes nedvesítő- vagy nem nedvesítő korlátozzák esetekben. Valóban lehetséges, hogy megfigyelje a részleges nedvesítő. Amikor az érintkezési szöget az akut () és a részleges nem-nedvesítő. Ha az illeszkedési szög tompaszög ().

Ábra 6.13 ábra egy részleges nedvesítő alkalmakkor, mint a 6.13 ábra b mutat példákat, részleges nem-nedvesítő. A fenti esetek azt mutatják, hogy a jelenléte a szomszédos felületi feszültség folyadékok vagy folyadék egy szilárd testfelület vezet görbület a folyadék felszínén.

Tekintsük ható erők az ívelt felület. A felület görbületi a folyadék ad okot, hogy ható erők a folyadék a felületen. Ha a felület szferikus, akkor minden eleme a kerülete mentén (lásd. Ábra 6.14) zárt felületi feszültség erők tangenciálisan irányított a felszínre, és a célja, hogy csökkentse azt. A nagysága ezen erők eredője irányul a gömb középpontja.

Hivatkozott az egységnyi felszínre ez az eredő erő fejt ki további nyomást, amelyet a folyadéknak a görbült felület. Ez további nyomást nevezik Laplace nyomás. Ez mindig a középpont felé a felület görbülete. 6.15 ábra példákat ad konkáv és konvex gömb alakú felületek és megmutatja a Laplace-féle nyomás, ill.

Definiáljuk a Laplace-féle nyomás-érték gömb, henger, és bármilyen felület.

A gömb alakú felület. egy csepp folyadékot. Amikor csökkentve a gömb sugarának (ris.6.16) felületi energiája csökken, és a munkát a ható erők a csepp. Következésképpen, a folyadék térfogatát a gömb alakú felület mindig enyhén összenyomott, azaz tapasztal a Laplace-féle nyomás a görbületi középpontja sugárirányban. Ha a kereset e nyomás ballon csökkenti annak térfogata dV. az érték a kompressziós munkát fogja meghatározni a következő képlettel:

Csökkentése felületi energiával történt által meghatározott értéken képlet: (6.41)

Csökkentése felületi energia volt köszönhető, hogy kompressziós munkát, tehát, dA = Dus. Egyenlővé a jobb oldalán (6.40) és (6.41), és figyelembe véve, hogy megkapjuk a Laplace nyomás (6,42)

Szappanbuborék. Szappan buborék jelentése két axiális területek elválasztva egy vékony szappan (ris.6.17). A levegő a buborék belsejében Laplace-féle nyomás által tapasztalt külső és belső felületek. Mivel a szappan film nagyon vékony, akkor feltételezhető, hogy. Ezután a Laplace-féle nyomás lesz egyenlő:

Képletek (6,42) és a (6,43) azt mutatják, hogy a Laplace-féle nyomás alatti gömb alakú felület függ egyenesen arányos a felületi feszültség együttható és fordítottan arányos a gömb sugarának. Ez azt jelenti, hogy a Laplace-féle nyomás nagyobb a felszín alatt a gömb kisebb sugarú. Ez lehet megfigyelésével ellenőrizzük szappanbuborékok fújt a két azonos cső (ris.6.18). Fújt buborékok különböző sugarú, kezdetben egy kicsit különbözik egymástól. A Laplace-féle nyomás nagyobb a felszín alatt buborék kisebb sugarú, így egy kis buborék csökkenni fog, és egy nagy emelkedés.

A folyadék térfogata a hengeres felület, valamint egy gömb mindig enyhén összenyomott, azaz megy Laplace nyomású, sugárirányban a görbületi középpontja. Ha az intézkedés a nyomóhenger csökkenti annak térfogata dV. az érték a kompressziós munkát kap a (6,40), csak az érték a Laplace-féle nyomás és a növekmény a mennyiség más lesz. Csökkentése felületi energiával történt által meghatározott értéken (6,41). Csökkentése felületi energia volt köszönhető, hogy kompressziós munkát, tehát, dA = Dus. Egyenlővé jobb oldalán (6,40) és (6.41), és azt is figyelembe véve, hogy egy hengeres felület, és így a Laplace-féle nyomás:

A felület bármilyen alakú. Laplace azt mutatta, hogy a felületek tetszőleges alakú kiszámításához a nyomás által okozott görbület, lehetőség van, hogy használja a képlet:

Itt R1 és R2 - a fő görbületi sugár a felület elem. A definíció szerint fekszenek egymásra merőleges síkban.

Egyenletet használva (6,45) is át a egyenletek (6,42) és a (6.44). Így egy gömbfelület, ezért a képlet (6,45), hogy az egyszerűsített képlet (6,42); egy hengeres felület r1 = R. majd képletű (6,45), hogy az egyszerűsített képlet (6,44). Ahhoz, hogy megkülönböztesse a domború felülete konkáv, a Laplace-féle nyomás tekinthető pozitív egy domború felület, és ennek megfelelően a görbületi sugár a konvex felület lesz túl pozitív. Egy görbületi sugara a konkáv felület és a Laplace-féle nyomás negatívnak minősül.