Физика поверхностных явлений

Физика поверхностных явлений.

1. Система «жидкость-газ» и явления на ее границе. Внутреннее давление. Поверхностное натяжение и его оценка.

Система «жидкость-газ» - это неоднородная система, состоящая из жидкости, газа и границы раздела между ними. Возможны два крайних варианта положения молекул жидкости в системе «жидкость-газ»:

1. Молекула находится внутри жидкости (рис.1)

2. Молекула находится на поверхности жидкости (рис.2)

такими же молекулами. При этом силы взаимного притяжения между молекулами

уравновешены между собой, и суммарная, результирующая сила, действующая на

молекулу равна нулю.

Когда молекула находится на поверхности жидкости, то на эту молекулу действуют

силы взаимного притяжения других молекул только со сторон, находящихся ниже

границы раздела жидкости и газа, то есть снизу, с боку и т.д. При этом силы взаимного

притяжения между молекулами жидкости не уравновешены между собой, и

суммарная, результирующая сила, действующая на молекулу не будет равна нулю. Эти

неуравновешенные силы направлены так, что стремятся вернуть молекулы

поверхностного слоя внутрь жидкости.

Силы взаимного притяжения молекул, которые направлены внутрь жидкости,

оказывают на жидкость давление, которое называется молекулярным или

внутренним давлением.

Это давление может составлять тысячи атмосфер и зависит от вида жидкости. Ввиду

большого значения внутреннего давления жидкости практически являются

несжимаемыми.

Внутреннее давление, это особое давление, которое нельзя измерить, но можно

расситать.

Из-за действия направленных внутрь жидкости сил межмолекулярного притяжения,

поверхностный слой жидкости и ее молекулы обладают потенциальной энергией. Эта

энергия называется поверхностной энергией и она стремится сократить поверхность

жидкости.

Физическое явление, которое состоит в стремлении жидкости сократить свою

свободную поверхность, называется поверхностным натяжением.

Силы поверхностного слоя жидкости, которые стремятся сократить свободную

поверхность жидкости, называются силами поверхностного натяжения.

Эти силы направлены по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно к

стенке сосуда или любой линии, проведенной условно на поверхности жидкости.

Количественную (щепку поверхностного натяжения можно дать при помощи

величины, которая называется коэффициентом поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения обозначается символом «о» (сигма малая) и

вычисляется двумя способами:

1. Способ энергетического подхода

2. Способ силового подхода

При энергетическом подходе коэффициент «а» оценивают той работой или энергией «Е», которую нужно затратить, чтобы увеличить свободную поверхность жидкости на единицу плошади «S».