Познакомьтесь с феноменом поверхностного натяжения воды и масла

Физическая свойство, которое есть у самой поверхности различных жидкостей, называется поверхностным натяжением. Это явление проявляется благодаря силе притяжения между молекулами воды или других веществ. Когда жидкость находится в контакте с воздухом или с другой средой, ее поверхностная молекулярная сила создает равнодействующую силу, направленную внутрь жидкости. Это силовое поле проявляется в виде поверхности жидкости с находящимися на ней молекулами, которые, в свою очередь, соединены соседними молекулами с помощью сил взаимодействия.

Одним из примеров поверхностного натяжения является капля воды или шар, образованный другим веществом. Почему капля воды имеет форму сферы? Вода имеет поверхностное натяжение, и капля, стремится к той форме, при которой ее поверхность и площадь будут минимальными. Проведем небольшой эксперимент: возьмем ткань, которая не смачивается водой, и опустим на поверхность воды нить. Мы увидим, что нить будет плавать на поверхности воды в виде дуги. Это свидетельствует о наличии поверхностного натяжения воды, которое ограничивает область соприкосновения с воздухом.

Единицей измерения поверхностного натяжения является джоуль на квадратный метр (Дж/м²) или ньютон на метр (Н/м). Такое поведение воды на поверхности обусловлено наличием капиллярных взаимодействий между молекулами. Поверхностное натяжение также проявляется и на границах раздела двух сред с разными коэффициентами смачивания, например, в случае с водой и маслом.

Поверхностное натяжение жидкости — формулы и определение с примерами

Поверхностное натяжение проявляется в том, что жидкость стремится минимизировать площадь своей поверхности, благодаря чему на ее поверхности образуется пленка, которую называют поверхностной. Это явление можно наблюдать, например, когда капля воды находится на поверхности стеклянного шара: вода собирается в капле, так как стремится уменьшить свою поверхностную энергию.

Поверхностное натяжение определяется коэффициентом поверхностного натяжения, который зависит от вида жидкости и температуры. Этот коэффициент выражает работу, выполняемую жидкостью при изменении ее площади на единицу.

Например, вода является несмачивающей жидкостью. Это значит, что она не распространяется по поверхности, а формирует шарообразные капли. Угол между поверхностью твердого тела и пленкой воды называют углом смачивания. Если жидкость полностью смачивает поверхность, угол смачивания равен нулю.

Избыточное давление внутри воды в капиллярах также вызывает подъем жидкости. При этом величина этого давления пропорциональна радиусу капилляра и коэффициенту поверхностного натяжения.

Некоторые примеры поверхностного натяжения:

• Поверхностное натяжение воды позволяет насекомым ходить по поверхности воды или на ней ловить свою добычу.
• Благодаря поверхностному натяжению на поверхности воды можно создавать различные фигуры и структуры, например, капли и пузыри.
• Поверхностное натяжение позволяет находиться некоторым насекомым на поверхности воды без тонущения.

Таким образом, поверхностное натяжение жидкости является важным физическим явлением, которое играет существенную роль во многих процессах и явлениях, зависящих от взаимодействия жидкости с другими телами и с воздухом.

Сила поверхностного натяжения

Сила поверхностного натяжения объясняется взаимодействием между молекулами вещества, из которого состоит жидкость. Вода, например, состоит из молекул воды, которые взаимодействуют между собой с помощью сил, пропорциональных площади их поверхности. Благодаря этим силам вода образует поверхностную пленку, которая позволяет ей подниматься в капиллярах и несмачивающей ткани.

Высота, на которую капля воды поднимается в капилляре, зависит от радиуса капилляра и коэффициента поверхностного натяжения воды. Чем меньше радиус капилляра, тем выше поднимается вода. Коэффициент поверхностного натяжения воды равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы раздела между водой и воздухом.

Сила поверхностного натяжения также проявляется в форме шара, который обладает минимальной площадью поверхности для данного объема вещества. Если сравнить поверхностное натяжение воды и масла, то можно заметить, что масло имеет меньшее поверхностное натяжение, поэтому оно не поднимается так высоко в капиллярах и труднее смачивает ткань.

Таким образом, сила поверхностного натяжения характеризует взаимодействие между молекулами жидкости и ее поверхностью. Она определяет, как легко жидкость смачивает тела и как она поднимается в капиллярах. Вода имеет большую силу поверхностного натяжения по сравнению с маслом, что проявляется в ее способности подниматься выше и смачивать ткань.

Коэффициент поверхностного натяжения

Высота подъема жидкости в капилляре основана на явлении поверхностного натяжения. Если капилляр имеет вогнутую форму, то поверхностное натяжение силами, действующими на границе раздела жидкости и газа, способствует подъему жидкости на некоторую высоту. Этот процесс называется капиллярным подъемом. Молекулы жидкости в капилляре обладают свойством смачивать его стенки.

Поверхностное натяжение также проявляется при смачивании и несмачивании поверхности жидкостью. Если жидкость обладает свойством смачивать поверхность (смачивающая пленка), то она опускается по поверхности и удерживается на ней благодаря равнодействующей силе межмолекулярного взаимодействия и адгезионных сил между жидкостью и поверхностью. Если же жидкость несмачивает поверхность (несмачивающая пленка), то она поднимается по поверхности, поскольку силы межмолекулярного взаимодействия преобладают над силами адгезии между жидкостью и поверхностью.

Коэффициент поверхностного натяжения определяется формулой γ = F / L, где F — сила, действующая на линии смачивания воды, L — длина этой линии.

Почему некоторые предметы плавают на поверхности воды? Благодаря поверхностному натяжению, где сила межмолекулярного взаимодействия на поверхности воды стремится удерживать предметы на его поверхности. Если коэффициент поверхностного натяжения воды выше, то предметы могут легко плавать на поверхности.

Капиллярные явления

Капиллярное действие вызывается избыточной поверхностной энергией жидкости, проявляющейся при взаимодействии ее молекул с поверхностью твердого тела. Минимум поверхностного натяжения называется коэффициентом поверхностного натяжения и характеризует, с каким углом смачивания жидкость соприкасается с поверхностью твердого тела.

Если воду наливать в узкую трубку, то она начинает подниматься по ней, преодолевая силу тяжести. Причиной этого явления является смачивание стенок трубки водой. Вода смачивает те стенки капилляра, угол смачивания которого меньше 90 градусов. Если жидкость плохо смачивает стенки капилляра, то вода в нем опустится.

Капиллярное давление пропорционально радиусу капилляра и поверхностному натяжению воды. Капиллярное давление можно примерить на примере капли мыльной влаги на поверхности стола. Капля мыльной влаги образует на поверхности плоскомерного стола маленький капилляр, в котором поверхностное натяжение жидкости способствует сохранению капли в довольно плотной форме.

Капиллярные явления можно встретить на примере капель дождя на листе. Отдельные капли поднимаются по поверхности листа и между листом и каплей образуются капилляры. Это явление хорошо наблюдается в природе и нашем быту.

Капиллярные явления не только вызывают подъем воды в капиллярах, но и причиняют ей многие неудобства. Капиллярное явление проявляется при воспитании стен кирпичей, толще их более 3-4 кирпичей для того, чтобы избежать подъема в воспитываемой кладке влаги из фундамента.

Поверхностное натяжение жидкости

Поверхностное натяжение проявляется также в действии сил, стремящихся сжать поверхностную пленку воды. Это явление связано с межмолекулярными взаимодействиями молекулы воды на границе ее поверхности с молекулами воздуха.

Как известно, молекулы жидкости обладают слабой силой сцепления, а молекулы газа – еще меньшей силой. Вода, как смачивающая жидкость, обладает поверхностным натяжением, которое определяется величиной сил, действующих на единицу длины границы раздела двух фаз смачивающей жидкости и тела.

Величина поверхностного натяжения зависит от взаимодействий между молекулами воды и тела на границе раздела, и она пропорциональна площади поверхности раздела. Коэффициент поверхностного натяжения характеризует энергию натяжения пленкой на единицу площади и определяется в дин/см.

Если жидкость плохо смачивает поверхность тела, то коэффициент поверхностного натяжения будет больше. Наоборот, если жидкость хорошо смачивает поверхность тела, то коэффициент поверхностного натяжения будет меньше.

При наличии поверхностного натяжения жидкостей смачивающая жидкость будет подниматься по струйке воды или цилиндрическому каркасу, если она имеет большое отношение поверхностного натяжения жидкости к избыточной энергии действующей на несмачивающую поверхность тела.

Вода обладает поверхностным натяжением и проявляет себя как смачивающая жидкость, поэтому она часто используется в различных физических экспериментах, а также широко применяется в жизни человека для различных целей, связанных с использованием ее свойств.

Что такое сила поверхностного натяжения

Силу поверхностного натяжения можно проиллюстрировать с помощью эксперимента. Если опустить тонкую нить в сосуд с водой, то нить будет подниматься над уровнем воды, образуя вогнутую поверхность. При этом высота подъема нити будет пропорциональна силе поверхностного натяжения.

Силу поверхностного натяжения можно объяснить с точки зрения межмолекулярного взаимодействия. На поверхности жидкости молекулы оказываются окруженными соседними молекулами только снизу и по бокам. В результате этого, для снижения общей энергии системы, поверхностные молекулы окружают себя молекулами из внутренней области жидкости, что приводит к напряжению на поверхности жидкости — поверхностному натяжению.

Сила поверхностного натяжения проявляется во многих явлениях, например, в явлении смачивания. Если жидкость не смачивает поверхность, то она образует шарик или пузырек на поверхности. При этом, сила поверхностного натяжения стремится свести поверхность пузырька или шарика к минимуму, делая их максимально сферическими.

Сила поверхностного натяжения также проявляется в капиллярных явлениях. Наличие этой силы определяет поведение жидкости в узких каналах, вроде ткани или небольших полых трубок. При этом, жидкость стремится подняться по стенкам канала или трубки и удерживается там благодаря силе поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения — это величина, которая характеризует силу поверхностного натяжения. Он равен отношению силы натяжения поверхности к длине линии, по которой она распределена. Единицей измерения коэффициента поверхностного натяжения является Н/м (ньютон на метр).

Где проявляется поверхностное натяжение

Вода имеет избыточное поверхностное натяжение, обусловленное его смачивающей способностью. Поверхностное натяжение воды можно наблюдать в примерах поведения воды на поверхности:

• Подъем воды в капиллярах: При поверхностном натяжении вода поднимается по узким каналам (капиллярам) против силы тяжести.
• Образование пленки на поверхности воды: При поверхностном натяжении на свободной поверхности воды образуется пленка из молекул воды, которая под действием сил поверхностного натяжения принимает форму минимальной площади.
• Опускание и поднятие маленьких твердых тел: Например, если положить небольшой шар на поверхность воды, он будет плавать и находиться над поверхностью воды, так как поверхностное натяжение будет направлено вверх.
• Капиллярные явления: Поверхностное натяжение определяет подъем или опускание жидкости в тонких трубках (капиллярах).
• Стремление к снижению площади поверхности: В поверхностном натяжении сила действует так, чтобы молекулы жидкости заняли наименьшую возможную площадь на границе с другой фазой, например, с воздухом.

Вода обладает поверхностным натяжением, которое пропорционально температуре. Поверхностное натяжение также встречается у жидкостей, которые имеют способность смачивать другие тела, или тела, которые имеют вогнутую поверхность.

Знание о поверхностном натяжении важно в различных областях науки и промышленности. На сайте вы найдете больше информации о поверхностном натяжении и его роли в физике и химии.

Видео:

Легкий способ получения воды с отрицательным ОВП

Легкий способ получения воды с отрицательным ОВП by Kelen — зож-лайфхаки, самоделки, new age. 421,744 views 8 years ago 14 minutes, 29 seconds