Поверхностная энергия

Итак, молекулы приповерхностного слоя обладают избыточной потенциальной энергией по сравнению с молекулами в объеме жидкости. Итак, в существовании силы поверхностного натяжения мы убедились. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, и она скомпенсирует силу тяжести. Поскольку поверхностная энергия зависит от площади поверхности, значит, любой жидкости энергетически невыгодно иметь большую площадь поверхности.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности γ{\displaystyle \gamma } — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения.

Поверхностная энергия

S{\displaystyle S} — полная площадь поверхности жидкости. С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре.

Этот видеоурок могут просматривать только зарегистрированные пользователи

В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами.

Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания — 35 мДж/м² . То есть поверхностное натяжение меняется. Этот способ измерения годится для измерения низких или сверхнизких значений межфазного натяжения. Платиновое кольцо поднимают из жидкости, смачивающей его, усилие отрыва и есть сила поверхностного натяжения и может быть пересчитано в поверхностную энергию.

Отметим, что коэффициент поверхностного натяжения не зависит от площади поверхности, так как для одной отдельно взятой приповерхностной молекулы абсолютно неважно, сколько таких же молекул вокруг. Иными словами, в свободном состоянии жидкость будет стремиться сделать свою поверхность минимальной.

Дело в том, что оставшийся сверху мыльный раствор, то есть жидкость, стремится сократить площадь своей поверхности. Итак, мы еще раз убедились в том, что жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной.

Однако если вы намочите песок, то он будет сохранять свою форму благодаря силам поверхностного натяжения воды между песчинками. Ответ: В школьном курсе изучаютдва способа определениякоэффициента поверхностного натяжения жидкости. Для молекул M2 равнодействующие сил отличны от нуля и направлены внутрь жидкости, перпендикулярно к ее поверхности. Таким образом, все молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, втягиваются внутрь жидкости.

Чтобы переместить молекулу M3, расположенную непосредственно под поверхностным слоем, на поверхность, необходимо совершить работу против сил молекулярного давления.

Пусть площадь свободной поверхности изменилась на ΔS, при этом поверхностная энергия изменилась на \(~\Delta W_p = \sigma \cdot \Delta S\), где σ — коэффициент поверхностного натяжения. Поверхностный слой жидкости ведет себя подобно растянутой резиновой пленке, т.е. все время стремится сократить площадь своей поверхности до минимальных размеров, возможных при данном объеме.

Свойство поверхности жидкости сокращаться можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. В целом она действует так, что стремится сократить поверхность жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей.

Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. Например, если пленка под действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения.

Читайте также: