Тема 19. Поверхневий на тяг. Капілярність

• У міру зростання відстані між частинками речовини послаблюються сили їхньої взаємодії. На відстані R, що називають радіусом молекулярної дії, силами взаємодії можна знехтувати.

• Поверхневий шар рідини утворюють ті молекули, що перебувають на відстані від поверхні рідини. Молекули на поверхні і в товщі рідини перебувають у різних умовах. У товщі рідини рівнодійна сил міжмолекулярної взаємодії, що діє на кожну частинку, дорівнює 0. Для кожної молекули поверхневого шару ця рівнодійна спрямована у товщу рідини. Кількість молекул на поверхні рідини зменшується, площа поверхні рідини зменшується до мінімального значення для даного об'єму рідини. Наприклад, у стані невагомості крапля рідини приймає форму кулі, оскільки площа поверхні рідини при такій формі є мінімальною.

• Щоб збільшити площу поверхні рідини, слід виконати роботу проти рівнодійної сил молекулярні дії. Цю роботу обчислюють за формулою , де — зміна площі поверхні рідини; о — коефіцієнт поверхневого натягу рідини, що залежить від роду рідини та зменшується зі зростанням її температури. Дані про коефіцієнт поверхневого натягу рідин містяться у таблицях.

Одиницею вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу в СІ є

• Поверхнева енергія — це надлишкова енергія поверхневого шару рідини, зу­мовлена зростанням потенціальної енергії частинок поверхневого шару. Поверхневу енергію обчислюють за формулою , тоді.

• Сила поверхневого натягу — це сила, що діє вздовж поверхні рідини, перпендикулярно до лінії, що обмежує поверхню, і спрямована в бік її скорочення. Силу поверхневого натягу обчислюють за формулою F_t

— довжина лінії, що обмежує поверхню рідини.

• При контакті рідини з твердим тілом спостерігається явище викривлення вільної поверхні рідини.

• Капілярність — це явище підняття рідини (у разі змочування) або опу­скання рідини (при незмочуванні) по тонких трубках.

Угнуті чи опуклі поверхні рідини у тонких трубках називають менісками.

Висоту стовпа рідини h, що підніметься по капіляру при повному змочуванні або опуститься при повному незмочуванні, можна обчислити за формулою ,

де — коефіцієнт поверхневого натягу рідини, — густина рідини, R — радіус капіляра. Справді, у положенні рівноваги модулі сили поверхневого натягу та сили тяжіння рівні:

Сила поверхневого натягу: . Маса рідини в капілярі

Тоді . Отже,

Якщо змочування неповне, то , де — крайовий кут.