Заняття 1 Тема Властивості рідин Поверхневий натяг

Заняття № 1 Тема: Властивості рідин. Поверхневий натяг.

МЕТА: - ОЗНАЙОМИТИСЬ З ВЛАСТИВОСТЯМИ РІДИН; - ВИЯВИТИ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ ЯКІ Є ПЕРЕДУМОВОЮ УТВОРЕННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ. ПЛАН ЗАНЯТТЯ: 1. Значення води в житті людини. 2. Будова рідини, її загальні властивості. 3. Поверхневий натяг, умови його виникнення та прояв.

На жодній планеті немає такої кількості води, як на Землі. Вода всюди. Вона і навколо нас, і в нас самих. Вода займає ¾ поверхні Землі.

ЗНАЧЕННЯ ВОДИ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ Регулює температуру по всій планеті (тепла вода біля екватора потоками морських течій переносить тепло до полярних областей. Нагрітий Сонцем пар віддає в атмосферу Землі велику кількість тепла (за рахунок цієї енергії дують вітри, йдуть дощі, виникають бурі, шторми, урагани). Вода прискорює обмін речовин (входить у склад живої клітини, організм людини на 2/3 складається з води, без води можна прожити не більше 5 днів). Вода – основне середовище для протікання біохімічних реакцій ( у воді розчиняються гази: кисень, вуглекислий газ тощо). Вода забезпечує терморегуляцію живого організму (за рахунок високих теплоємності і теплопровідності захищає від різких перепадів температури). Вода забезпечує нормальне мислення і фізичну активність організму (організація правильного питного режиму допомагає зберегти здоров’я і є запорукою довголіття).

БУДОВА РІДИНИ, ЇЇ ВЛАСТИВОСТІ Рідина – це агрегатний стан речовини, в якій спостерігається впорядковане відносне розміщення сусідніх молекул, які здійснюють коливальний рух навколо певних положень рівноваги (час осілого життя молекул t ≈ 10 -12 – 10 -10 с). -має щільну упаковку молекул; - ближній порядок у розташування молекул; - зберігає об’єм, але не зберігає форму (тече); - легко переходить у твердий і газоподібний стани; - на межі з газом утворює вільну поверхню.

АНОМАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ: - кипить при t=100°C; велика теплоємність: C=4200 Дж/(кг • °С); велика теплота пароутворення: r = 300 000 Дж/кг; замерзаючи, вода розширюється на 9% по відношенню до колишнього об’єму; - у твердому стані легша, ніж у рідкому; - максимальну щільність має при t=+4°C; - молекула води складається з двох атомів водню і одного атома кисню, між якими виникають водневі зв’язки (зв’язують молекули і в рідкому, і в твердому станах)

ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ РІДИН Проаналізуємо стан на поверхні рідини Порівняємо молекулу, яка знаходиться в об’ємі рідини, з молекулою поверхневого шару. Сили, які діють у горизонтальній площині, стягуючи поверхню рідини, називаються силами поверхневого натягу.

З ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ТОЧКИ ЗОРУ: молекули у поверхневому шарі рідини володіють надлишковою потенційною енергією у порівнянні з молекулами всередині рідини. Тому із цього шару прагне піти всередину рідини якомога більше молекул. В результаті цього рідина завжди приймає таку форму, при якій її вільна поверхня стає найменшою в даних умовах.

СПОСТЕРЕЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ І. На штативі підвішуються дві прямі дротини 1, які зв'язані між собою тонкими ниточками 2 і утворюють каркас. Знизу до каркасу підноситься кювета із мильним розчином З і встановлюється так, щоб весь каркас занурився у розчин. ІІ. Після цього кювета повільно опускається вниз, а каркас затягується суцільною мильною плівкою.

Бачимо, що нижня дротина піднялась вгору, бічні нитки набули дугоподібної форми. Якщо легенько потягнути за нижню ниточку, то форма каркаса знову стане прямокутною, а якщо нитку відпустити, то плівка, скорочуючись, повернеться у вихідний стан. внаслідок тенденції рідини до скорочення своєї поверхні, мильна плівка набуває форми, відмінної від прямокутної

Чому мильні бульбашки, роса на листях рослин, крапельки дощу мають кулеподібну форму? З математики відомо, що при заданому об’ємі найменшу поверхню має куля, тому мильні бульбашки, краплі води приймають кулеподібну форму.

ДОСЛІД ПЛАТО Якщо взяти суміш води і спирту і помістити в неї краплю рідкого масла, то в якийсь момент сила тяжіння урівноважиться силою Архімеда і утворюється масляний шар, що буде перебувати всередині суміші у зваженому стані. Цю кулю від розльоту на молекули утримує сила поверхневого натягу.

ЧИМ ХАРАКТЕРИЗУЄТЬСЯ ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ РІДИНИ? Поверхневі властивості рідини можна охарактеризувати відношенням роботи W сил поверхневого натягу до зміни площі вільної поверхні ΔA. Коефіцієнт поверхневого натягу чисельно дорівнює силі поверхневого натягу F, котра діє по дотичній до поверхні рідини й припадає на одиницю довжини границі рідини l.

Відомо, що здійснена робота є мірою зміни енергії, в даному випадку – поверхневої енергії, тобто - питома поверхнева енергія рідини З рівнянь (1. 1), (1. 2) випливає, що Коефіцієнт поверхневого натягу Фізична величина, яка характеризує поверхневі властивості рідини і вимірюється роботою, яку необхідно здійснити для ізотермічного збільшення площі вільної поверхні рідини на одиницю площі. або Фізична величина, яка характеризує поверхневі властивості рідини і вимірюється силою поверхневого натягу, яка діє на одиницю довжини межі поверхневого шару рідини.

Коефіцієнт поверхневого натягу не залежний від величини та форми поверхні рідини, а залежить від сил молекулярної взаємодії (природи рідини) і тому має різні значення для різних рідин. Наприклад, у рідин, що легко випаровуються (ефір, спирт, бензин) молекулярні сили і, відповідно, поверхневий натяг значно менші, ніж у ртуті та інших рідких металів. Речовина σ, м. Н/м t, ºC 1. Мильний розчин 2. Гліцерин 40 63 20 20 3. Олія рослинна 30 20 4. Етиловий спирт 18 20 5. Вода 72 20

σ залежить від: - роду рідини; - температури (дослід Д. І. Менделєєва, вперше проведений у 1860 р. ) – з підвищенням температури поверхневий натяг води зменшується. - наявності домішок у рідині: присутність мила у воді зменшує її поверхневий натяг, а цукор збільшує натяг води.

ВИСНОВКИ ЗАНЯТТЯ - Рідина характеризується: щільною упаковкою молекул, ближнім порядком у розташування молекул; зберігає об’єм, але не зберігає форму (тече), легко переходить у твердий і газоподібний стани, на межі з газом утворює вільну поверхню. - Поверхневі властивості рідини обумовлюються дією сил поверхневого натягу у горизонтальній площині її поверхні. - Рідина завжди приймає таку форму, при якій її вільна поверхня стає найменшою в даних умовах. - σ залежить від: роду рідини, температури, наявності домішок у рідині. - Коефіцієнт поверхневого натягу не залежний від величини та форми поверхні рідини, а залежить від сил молекулярної взаємодії (природи рідини) і тому має різні значення для різних рідин.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ І. Дати у зошиті відповіді на запитання: 1. 1. Що таке рідина і чим вона характеризується? 1. 2. В чому різниця рідин від газоподібного стану речовини? 1. 3. Чому рідина завжди приймає форму кулі? Який дослід це підтверджує? Дати пояснення з різних точок зору. 1. 4. Який фізичний зміст коефіцієнта поверхневого натягу, як він визначається і в яких одиницях вимірюється в системі СІ? 1. 5. Чому коефіцієнт поверхневого натягу ще називають питомою поверхневою енергією? (Дати визначення, вказати формулу, одиниці вимірювання). 1. 6. Від чого і як залежить коефіцієнт поверхневого натягу? ІІ. Розв’язати у зошиті задачі: 2. 1. Рамка, що охоплює поверхню площею 40 см 2, затягнута мильною плівкою. На скільки зменшиться питома поверхнева енергії плівки при скорочення її площі у два рази? Температура незмінна. 2. 2. Підрахувати поверхневу потенційну енергію плівки мильної бульбашки, діаметр якої 50 мм.