11

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физики

Ен.Ф. 03 физика

Ен.Ф. 03 физика и биофизика

Лабораторный практикум

Молекулярная физика и термодинамика

Лабораторная работа № 45

Уфа 2011

УДК 535

ББК 22.34

Л 12

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства (протокол №2 от «31» октября 2006 г.)

Составитель: доцент Гайсина Г.А.

Рецензент: зав. кафедрой автоматики и электроники, профессор Иванов А.И.

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой физики Юмагужин Р.Ю.

Лабораторный практикум предназначен для студентов всех специальностей.

Лабораторная работа № 45 Явление поверхностного натяжения жидкости. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Цель и задача работы: изучение явления поверхностного натяжения, освоение одного из методов измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

1 Общие сведения

Взаимодействие молекул с соседними молекулами на поверхности жидкости приводит к появлению горизонтальной составляющей сил, действующих на молекулы в поверхностном слое. Эти силы также способствуют стремлению поверхности жидкости к сокращению. Они направлены по касательной к поверхности и получили название сил поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения – это физическая величина, равная отношению силы F поверхностного натяжения, приложенной к границе поверхностного слоя жидкости и направленной по касательной к поверхности, к длине l этой границы:

. (1)

Единица коэффициента поверхностного натяжения – Ньютон на метр (Н/м).

Теперь легко понять, почему жидкость принимает форму, при которой площадь ее свободной поверхности оказывается наименьшей: силы межмолекулярных взаимодействий втягивают молекулы с поверхности внутрь жидкости, а силы поверхностного натяжения сокращают площадь свободной поверхности, т.е. закрывают образовавшиеся «окна» на этой поверхности.

Итак, поверхностный слой жидкости всегда находится в состоянии натяжения. Однако это состояние нельзя сравнивать с натяжением упруго растянутой пленки. Упругие силы возрастают по мере увеличения площади растянутой пленки, а силы поверхностного натяжения от площади поверхности жидкости не зависят.

На изменение поверхности жидкости требуется затратить определенную работу, которая служит мерой свободной энергии поверхности.

Та часть потенциальной энергии, которая может перейти в работу по изотермическому сокращению поверхности жидкости, называется свободной энергией :

. (2)

Очевидно, что свободная энергия всей поверхности жидкости равна произведению коэффициента поверхностного натяжения на площадь этой поверхности:

.

Отсюда следует другое определение :

. (3)

Коэффициент поверхностного натяжения равен отношению свободной энергии поверхности жидкости к площади этой поверхности.

Поэтому можно выражать еще и в джоулях на квадратный метр (Дж/м²).