Определения коэффициента поверхности натяжения воды

Цель работы- определения коэффициента поверхности натяжения воды.

Краткая теория.

     Молекулы жидкости,  расположенные у ее границ, благодаря наличию сил притяжения    находятся в иных условиях, чем моле­кулы внутри жидкости, для анализа состояния молекул достаточно учесть действие на hиx других молекул,  находящихся внутри сферы молекулярного действия (сферой молекулярного действия называет­ся область,  за пределами которой силы взаимодействия молекул практически равны нулю; радиус,  которым проведена сфера, при­нято называть радиусом молекулярного действия).

Внутри жидкости  в сферу молекулярного действия около молекулы А попадает достаточно большое количество молекул. Наибольшее количество молекул,  которое окружает молекулу внутри жидкости,  может быть равно 12. У таких жидкостей моле­кулу,   находящуюся у поверхности,  окружает шесть молекул. У воды,  например,  каждую молекулу внутри жидкости окружает четыре молекулы, а на поверхности – две Силы притяжения, с которыми на молекулу внутри жидкости действуют окружаю­щие ее молекулы, направлены в разные стороны и в среднем         ^v" скомпенсированы. Иначе говор?, результирующая всех сил вза­имодействия молекулы А с со­седними  молекулами в среднем равна нулю.                                           •                                   '"'

     Сфера молекулярного действия молекулы,  находящейся у по­верхности, частично окажется внутри жидкости, частично - вне -ее. Над поверхностью жидкости находится ее пар. Концентрация молекул пара мала, расстояние между молекулами велико, поэтому их действием на молекулы поверхностного слоя жидкости можно пренебречь. Следует принимать во внимание лишь действие моле­кул жидкости, лежащих в той части сферы действия, которая рас­положена внутри жидкости. При этом оказывается, что на моле-

кулу.  В, находящуюся вблизи поверхности жидкости, с разных сторон действует неодинаковое количество молекул. В среднем силы взаимодействия не будут скомпенсированы. Возникает неко­торая результирующая сипя, направленная внутрь жидкости. Таким образом, на каждую молекула, лежащую от поверхности на расстоя­нии, меньшем радиуса молекулярного действия, действует сила, направленная внутрь жидкости.

Поверхностный слой оказывает на рею жидкость давление, называемое молекулярным.

Потенциальная энергия взаимодействия двух соседних моле­кул И    всегда меньше нуля:   И < О

Полная    потенциальная энергия молекулы жидкости

где   N    - число "соседе-"" молекулы.

У молекулы,  находящееся на поверхности, число «соседей» N1всегда меньше, чем число "соседей" N   , входящих в сферу молекулярного действия молекулы внутри жидкости. Поэтому по­тенциальная энергия молекул поверхностного слоя всегда больше потенциальной энергии молекул внутри жидкости.

При отсутствии внешних сил равновесным окажется такое состояние поверхности, при котором энергия взаимодействия мо­лекул, лежащих вблизи поверхности, с молекулам'-¹!,  находящимися внутри жидкости, минимальное.   Это возможно в том случае,  когда площадь поверхности имеет возможное минимальное значение. Отсюда следует, что массы жидкости,  на которые, но действуют внешние силы, должны принимать геометрическую форму с наимень­шей поверхностью, т.е. сферу.

Стремление жидкости сократить свою с походную поверхность под действием сил молекулярного притяжения носит название по­верхностного натяжения.

Количественные характеристики поверхностного натяжения могут быть выяснены из следующего опыта (рис.<0). Гели прямоу­гольную проволочную рамку    abcd сторона, которой

может передвигаться, окунуть в мыльную воду, на каркасе оста­нется тончайшая - пленка. Стремясь сократить свою свободную по­верхность, пленка начнет сжиматься, перемешал подвижную сторону рамки

Чтобы растянутая пленка сохраняла свои первоначальные раз­меры и не сокращалась, надо приложить некоторую силу    F    , на­зываемую силой поверхностного натяжения, к линии границы пленки, т.е. к ребру   ad.       Эта сила касательная к поверхности жидкости.