Презентация по физике на тему "Свойства поверхности жидкости"

Жидкое состояние вещества. Свойства поверхности жидкости.

10 класс.

Жидкость - это агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкостям присущи некоторые черты твердого вещества (сохраняет свой объем, образует поверхность, обладает определенной прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в котором находится).

http://otvet.mail.ru/question/41894107

План урока:

• Свойства поверхности жидкости.
• Свойства поверхности мыльных плёнок.
• Явление смачивания и несмачивания.
• Капиллярные явления.

Свойства поверхности жидкости. Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти вплотную друг к другу. Из- за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком.

Рассмотрим отличие газообразного вещества от жидкости на примере воды. Молекула воды Н 2 О состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных под углом 104ºС. Среднее расстояние между молекулами пара в десятки раз превышает среднее расстояние между молекулами воды. Водяной пар (1) и вода (2). Молекулы воды увеличены примерно в 5 ּ 10в7 раз.

Жидкости, как и твёрдые тела, изменяют свой объём при изменении температуры. Для не очень больших интервалов температур относительное изменение объёма ΔV / V 0 пропорционально изменению температуры ΔΤ:

ΔV / V 0= βΔΤ.

Коэффициент β называют температурным коэффициентом объёмного расширения. Этот коэффициент у жидкостей в десятки раз больше, чем у твёрдых тел. У воды, например, при температуре 20 º С β≈ 2 ∙ 10-4 К, у стали β≈ 3,6 ∙ 10-5К, у кварцевого стекла β≈ 9 ∙ 10-6К. При температуре ниже 4 º С вода расширяется при попонижении температуры. Максимум плотности p =103кг/м ³ при температуре 4 ° С.

0). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре . В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1Н/м=1Дж/м²). Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Ер =Авнеш = σS" width="640"

Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости. В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. ΔА внеш= σS. Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного натяжения (σ 0). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре . В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1Н/м=1Дж/м²). Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Ер =Авнеш = σS

Силы, действующие по касательной к поверхности жидкости, сокращающие (стягивающие) эту поверхность называются силами поверхностного натяжения. Силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы F внеш и результирующей с поверхностного натяжения F н .

Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность плёнки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу F внеш =-F н. Если под действием силы F внеш перекладина переместится на ΔΧ , то будет произведена работа Δ А внеш = F внеш ΔΧ = Δ Ер = σΔS , где ΔS= 2L ΔX -приращение площади поверхности обеих сторон мыльной плёнки. Так как модули сил F внеш и F н одинаковы, можно записать: F н ΔX= σ 2L ΔΧ или σ=F н /2L

Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определён как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность. Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление Δ р. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе 2 Π R разреза, и сил избыточного давления, действующих на площадь 2 П R сечения. Условие равновесия записывается в виде: σ 2 Π R= Δ р2 Π R Отсюда избыточное давление внутри капли равно: Δ р=2 σ /R (мыльный пузырь).

Избыточное давление мыльного пузыря в два раза больше, так как плёнка имеет две поверхности: Δ р=4 σ /R (капля жидкости). Сечение сферической капли жидкости.

Явление смачивания и несмачивания. Вблизи границы между жидкостью, твёрдым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела. Если эти силы больше сил взаомодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твёрдого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твёрдого тела под некоторым острым углом θ , характерным для данной пары жидкость- твёрдое тело. Угол θ называется краевым углом .

Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулдами твёрдого тела, то краевой угол θ оказывается тупым. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твёрдого тела. При полном смачивании θ =0, при полном несмачивании θ =180 ° . Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкости.

Капилярные явления.

Капилярными явлениями называют подъём или опускание жидкости в трубках малого диаметра- капиллярах.

Смачивающие жидкости поднимаются по капилярам, несмачивающие- опускаются.подъём жидкости в капиляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести Fт, действующая на столб жидкости в капиляре, не станет равной по модулю результирующей Fн сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: Fт=Fн , где Fт=mg= ρ h Π r2g , Fн= σ 2 Π rcos θ . Отсюда следует:

h=2σ cosθ/ρgr.

На рисунке изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности ρ . Верхний конец капилляра открыт. При полном смачивании θ=0, cosθ=1. В этом случае: h=2σ/ρgr. При полном несмачивании θ=180º, cosθ =-1 и, следовательно, h

Закрепление :

1. Назовите свойства жидкости.

2. Что называют ближним порядком?

3. Чему равен коэффициент поверхностного натяжения?

4. Какие силы называются силами поверхностного натяжения?

5. Какой угол называют краевым углом?

6. Какие явления называют капилярными ?

Домашнее задание:

Записи в тетрадях.

По желанию: подготовить сообщение на тему „Жидкие кристаллы“

Литература. Источники информации.

http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph5/theory.html#.VGOcjcmfvIU

Кабардин О.Ф. . Физика: 10 кл.- М.: Просвещение, 200 7