§ 8-1. Паверхневае нацяжэнне
Сілы паверхневага нацяжэння. Разгледзім малекулы М1 і М2, якія знаходзяцца на паверхні вадкасці (мал. 54.3). Гэтыя малекулы ўзаемадзейнічаюць не толькі з малекуламі, якія знаходзяцца ўнутры вадкасці, але і з малекуламі, размешчанымі на яе паверхні ў межах сферы малекулярнага дзеяння. Модуль рэзультуючай малекулярных сіл прыцяжэння, накіраваных уздоўж паверхні вадкасці, якія дзейнічаюць на малекулу М1, . Модуль жа рэзультуючай малекулярных сіл прыцяжэння, якімі малекулы гэтай вадкасці, размешчаныя на яе паверхні, дзейнічаюць на малекулу М2, што знаходзіцца каля краю паверхні,
. Рэзультуючая
накіравана па датычнай да свабоднай паверхні вадкасці перпендыкулярна лініі, што абмяжоўвае гэтую паверхню.
Малекулярныя сілы, накіраваныя па датычнай да свабоднай паверхні вадкасці, дзейнічаюць на любую замкнутую лінію, якая абмяжоўвае гэтую паверхню, перпендыкулярна ёй такім чынам, што імкнуцца скараціць плошчу абмежаванай паверхні вадкасці. Гэтыя сілы атрымалі назву сілы паверхневага нацяжэння.
Разгледзім яшчэ адзін дослед. Прамавугольную рамку з рухомай перакладзінай даўжынёй l апусцім у мыльны раствор. Пасля вымання рамкі з раствору бачым, што перакладзіна перамяшчаецца, бо мыльная плёнка імкнецца скараціць плошчу сваёй паверхні. Каб утрымаць перакладзіну ў раўнавазе, да яе трэба прыкласці сілу , якая ўраўнаважыць сілы паверхневага нацяжэння, што дзейнічаюць на кожнай з дзвюх паверхняў плёнкі:
, бо
(мал. 54.4). Калі праводзіць доследы з рамкамі розных памераў, то можна выявіць, што адносіны
для плёнкі дадзенай вадкасці пры фіксаванай тэмпературы заўсёды аднолькавыя.
Значыць, гэтыя адносіны можна ўзяць у якасці характарыстыкі паверхневага слоя вадкасці, гэта значыць паверхневага нацяжэння.
Паверхневае нацяжэнне — фізічная велічыня, роўная адносінам модуля сілы паверхневага нацяжэння, якая дзейнічае на прамалінейны ўчастак мяжы паверхневага слоя вадкасці, да даўжыні гэтага ўчастка:
Сілавое вызначэнне паверхневага нацяжэння дапаўняе энергетычнае. Адзінкай паверхневага нацяжэння ў СІ з'яўляецца джоўль на метр у квадраце () або ньютан на метр (
).
Пакажыце, што =
.
Паверхневае нацяжэнне залежыць ад роду вадкасці і таго асяроддзя, з якім яна мяжуе, наяўнасці раствораных у вадкасці іншых рэчываў і ад яе тэмпературы (табліца 1). Павышэнне тэмпературы вадкасці, дадаванне ў яе так званых паверхнева-актыўных рэчываў (мыла, тлустыя кіслоты) выклікае памяншэнне паверхневага нацяжэння. У табліцы прыведзены значэнні паверхневага нацяжэння вады пры розных тэмпературах і пры дадаванні ў яе мыла.
| Рэчыва | |
| Вада (0 °C) | 75,6 |
| Вада (20 °C) | 72,8 |
| Вада (374,15 °C) | 0 |
| Раствор мыла (20 °C) | 40 |
Праяўленні паверхневага нацяжэння надзвычай разнастайныя. Паверхневае нацяжэнне мае істотную ролю ў з'явах прыроды, біялогіі, медыцыне, у розных сучасных тэхналогіях, паліграфіі, тэхніцы, у фізіялогіі нашага арганізма.
Паверхневае нацяжэнне прыводзіць да таго, што вада збіраецца ў кроплі (гл. мал. 55), утвараюцца мыльныя бурбалкі (гл. мал. 56), жук-вадамер перасоўваецца па паверхні вады (гл. мал. 57), а ў стане бязважкасці любы аб’ём свабоднай вадкасці прымае сферычную форму.
1. Якія з'явы адбываюцца на мяжы падзелу вадкасці з паветрам або яе парай?
2. Як вызначаюць паверхневае нацяжэнне вадкасці?
3. Чаму плошча свабоднай паверхні вадкасці імкнецца стаць мінімальнай?
4. Якое паходжанне і якія асаблівасці маюць сілы паверхневага нацяжэння?
5. Ад чаго залежыць паверхневае нацяжэнне?