Цель работы – определение поверхностного натяжения жидкостей.

Приборы и принадлежности – бюретка, закрепленная в штативе, исследуемые жидкости, мерный стакан, термометр.

1 Теоретическая часть

1. Поверхностная энергия

Ж

Рисунок 1 - Силы, действующие на молекулу на поверхности жидкости.

идкое состояние возникает тогда, когда потенциальная энергия притяжения молекул превосходит по абсолютному значению их кинетическую энергию. Силы притяжения между молекулами в жидкости значительны и обеспечивают удержание молекул в объеме жидкости. Таким образом, у жидкости образуется поверхность, которая ограничивает ее объём. Поверхность, ограничивающая данный объём, зависит от формы. Из геометрии известно, что при заданном объёме минимальной поверхностью обладает шар.

На частицы, находящиеся в тонком слое вблизи поверхности жидкости, действуют со стороны других молекул жидкости силы, равнодействующая которых направлена внутрь жидкости, нормально к поверхности (рисунок 1). При увеличении поверхности жидкости некоторое число молекул из объёма жидкости должно быть поднято в поверхностный слой. Для этого необходимо затратить работу. Эта работа совершается за счёт кинетической энергии молекул и идет на увеличение их потенциальной энергии. Поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, называемая поверхностной энергией, пропорциональна площади слоя ΔS.

, (1)

где σ-удельная плотность поверхностной энергии, Дж/м² ;

ΔS-площадь поверхности жидкости,м².

Так же как в механике, система стремится достигнуть состояния с наименьшей потенциальной энергией и только состояние с наименьшей потенциальной энергией является устойчивым, в термодинамике система в изотермических условиях стремиться достигнуть состояния с наименьшей свободной энергией. Поэтому поверхность жидкости стремится сократиться. Благодаря этому вдоль поверхности жидкости действуют силы, называемые силами поверхностного натяжения.

В этом отношении жидкость уподобляется тонкой резиновой плёнке, растянутой изотропно по всем направлениям в плоскости поверхности.

1.2Механизм возникновения поверхностного натяжения

Н

Рисунок 2 - Схема сил, приводящих к возникновению поверхностного натяжения

а первый взгляд (рисунок 1) не ясно как возникают силы поверхностного натяжения, действующие вдоль поверхности. Чтобы это понять, необходимо принять во внимание, что кроме сил притяжения на молекулы поверхностного слоя действуют также и другие силы, которые не позволяют этим молекулам переместиться внутрь жидкости. Равнодействующая этих сил и обеспечивает возникновение поверхностного натяжения (рисунок 2); через закреплённые блоки перекинута нить, на которую в в ертикальном направлении действуют силы f, а в горизонтальном направлении в нити действует сила натяжения f.

Поверхностное натяжение жидкости зависит от свойств вещества, с которым соприкасается поверхность жидкости, поскольку вещество у поверхности жидкости также воздействует на молекулы поверхностного слоя жидкости и, следовательно, изменяет силы, втягивающие их внутрь жидкости. Это означает, что поверхностное натяжение изменяется. Ясно, что поверхностное натяжение на поверхности раздела двух жидкостей должно быть меньше, чем на свободной поверхности. На поверхности раздела твердого тела с жидкостью поверхностное натяжение также уменьшается.

Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине контура, ограничивающего поверхность.

, (2)

где σ – коэффициент поверхностного натяжения, H/м;

l- длина линии вдоль которой действует сила, м.

Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины произвольной линии на поверхности жидкости, или работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу площади.