Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин

Лабораторна робота № 190

Контрольні питання

1. Як залежить середня довжина вільного пробігу молекул газу від тиску та температури?

2. Сформулювати закони, які описують явища переносу.

3. Як зв’язані коефіцієнти переносу маси, імпульсу та енергії зі швидкістю і довжиною вільного пробігу молекул газу?

4. Записати зв’язок між коефіцієнтами переносу.

5. Визначити за результатами досліду ефективний діаметр молекул повітря.

Мета роботи: виміряти коефіцієнт поверхневого натягу рідин методом відриву крапель.

Прилади і обладнання: бюретка, посудини з дистильованою водою та досліджуваною рідиною, хімічні стакани, таблиця значень коефіцієнта поверхневого натягу та густини для води та спирту при різних температурах.

Теоретичні відомості

У рідинах середні відстані між молекулами значно менші, ніж у газах. Тому сили взаємодії між молекулами відіграють у рідинах істотну роль. У поверхневому шарі рідини виявляється нескомпенсованість міжмолекулярних сил; молекули рідини, що перебувають у цьому шарі, зазнають дії, направленої в середину сили притягання з боку основної частини рідини. Тому поверхневий шар рідини спричиняє великий внутрішній тиск на неї.

Молекули поверхневого шару мають кінетичну енергію теплового руху і потенціальну енергію, обумовлену силами міжмолекулярної взаємодії. Середню кінетичну енергію молекул визначають за температурою рідини. У рівноважному стані температура стала в усьому об'ємі рідини, тому кінетична енергія усіх молекул рідини однакова, хоча потенціальна енергія їх різна. Це обумовлено тим, що на молекулу діють сили взаємодії, результуюча яких дорівнює нулю, якщо молекула знаходиться в рідині. На молекулу ж в поверхневому шарі діють, в основному, сили взаємодії з молекулами рідини, результуюча яких направлена у бік рідини. Тому при переході молекул з внутрішніх частин рідини на її поверхню вони повинні виконувати роботу проти направлених в середину рідини сил притягання з боку інших молекул рідини. Ця робота витрачається на збільшення потенціальної енергії молекул, які переходять у поверхневий шар.

В стані стійкої рівноваги поверхнева потенціальна енергія рідини має бути мінімальною. Тому рідина, на яку не діють зовнішні сили, при умові її практичної нестисливості повинна набирати форму сфери. Отже, сили поверхневого шару повинні зумовлювати тенденцію рідини зменшувати свою поверхню. Зрозуміло, що ці сили мають бути направленими по дотичних до поверхні рідини.

Поверхневим натягом σ (коефіцієнтом поверхневого натягу) називають величину, яка чисельно дорівнює відношенню сили ΔF, що діє на ділянку контуру поверхні рідини, до довжини Δl цієї ділянки.

s = (190.1)

Якщо ΔF =1Н, а Δl =1м, із формули (190.1) дістанемо одиницю поверхневого натягу [ σ ] = 1 Н/м.

Можливий також енергетичний підхід до тлумачення поверхневого натягу на межі двох фаз. Для збільшення поверхні рідини потрібно виконати роботу проти сил поверхневого натягу, яку при оборотному ізотермічному процесі можна виразити формулою:

ΔA = σ·ΔS,

де σ- питома поверхнева енергія.

Отже σ – коефіцієнт поверхневого натягу – чисельно дорівнює роботі ізотермічного утворення одиниці площі поверхні рідини.

Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від хімічного складу рідини та від її температури: з підвищенням температури він зменшується і перетворюється в нуль при критичній температурі.

Дата добавления: 2014-11-25