Теоретичні відомості

Середнє по часу значення рівнодіючої всіх сил діючих на молекулу рідини, що знаходиться далеко від поверхні рідини дорівнює нулю. Молекул рідини за її межами практично немає (за виключенням їх малої концентрації у вигляді пару), тому молекули поверхневого шару рідини знаходяться в особливому стані і середнє по часу значення сил притягання до інших молекул рідини відмінне від нуля, внаслідок цього, поверхневий шар рідини діє подібно до пружної плівки, що стягує рідину, намагаючись скоротити її поверхню. Це явище називають поверхневим натягом, головною кількісною характеристикою цього явища є коефіцієнт поверхневого натягу . Існує два визначення цього коефіцієнту.

1) З точки зору сили поверхневого натягу , яка діє вздовж довільної лінії, довжиною , умовно проведеній на поверхні рідині:

. (1)

2) З точки зору вільної поверхневої енергії , яка обумовлена силами поверхневого натягу:

. (2)

де: - площа поверхні рідини.

Коефіцієнт поверхневого натягу різний для різних рідин і з підвищенням температури він зменшується. Існують поверхнево – активні речовини, розчинення яких у воді також зменшує її коефіцієнт поверхневого натягу. Ці речовини адсорбуються на поверхні води і зменшують вільну поверхневу енергію (наприклад, жирні кислоти, їх солі, ефіри та інше). Підвищена концентрація поверхнево – активних речовин у поверхневому шарі пояснюється тим, що перенос молекул цих речовин до поверхні потребує менших затрат енергії, ніж перенос молекул води.

Одним із методів визначення коефіцієнту поверхневого натягу є метод відриву крапель. При повільному витіканні рідини з вузької, круглої, вертикальної трубки (бюретки) силі поверхневого натягу, які діють по колу довжиною рівною довжині кола внутрішнього краю трубки, відіграють роль сили реакції опори, яка протидіє силі тяжіння. В момент відриву краплі від бюретки сила поверхневого натягу дорівнює силі тяжіння, що діє на краплю:

(3)

Як випливає із визначення (1) сила поверхневого натягу, що діє на краплю дорівнює:

(4)

де: - радіус внутрішнього краю бюретки.

Сила тяжіння, що діє на краплю дорівнює:

(5)

де: - густина рідини; - маса і об’єм краплі відповідно.

Підставляючи вирази (4) і (5) у рівність (3) отримаємо:

(6)

Виміряти об’єм однієї краплі важко, тому на досліді вимірюють кількість крапель , які утворюються при витіканні вибраного об’єму рідини . Тоді об’єм однієї краплі можна знайти, як відношення:

(7)

Підставляючи (7) у (6) отримаємо вираз для коефіцієнта поверхневого натягу:

(8)

Позначимо через - коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води, через - густину води, через - кількість крапель води, що утворюються при витіканні води об’єму ; через - коефіцієнт поверхневого натягу та густину розчину мідного купоросу відповідно, через - кількість крапель мідного купоросу, що утворюються при витіканні розчину мідного купоросу такого ж самого об’єму . Тоді, згідно формулі (8), для коефіцієнтів поверхневого натягу можна записати такі вирази:

(9)

(10)

Розділивши рівність (10) на (9) отримаємо формулу для знаходження невідомого коефіцієнту поверхневого натягу :

(11)

Дата добавления: 2015-11-14