6. Задания для самоподготовки

1 – ознакомиться с устройством торсионных весов

2- оценить, как добавление ПАВ (моющих средств ) влияет на КПН воды.

7. Этапы занятия и контроль их усвоения

№ п/п	Этапы занятия	Формы и методы проведения каждого этапа	Формы контроля усвоения, уровни усвоения	Примерное время
1	2	3	4	5
1	Вводная часть •Организационный момент • Мотивация • Цели занятия	Ответы при собеседовании по вопросам самоподготовки	Проверка домашней записи в рабочей тетради и вербального отчёта по вопросам	40минут
2	Основная часть занятия Актуализация опорных знаний (контроль исходного уровня знаний) Формирование новых знаний, умений и навыков, применение их на практике	Студенты дают объяснения хода работы с последующим выполнением экспериментальной части, расчётом и самостоятельными выводами относительно полученных результатов.	Пошаговые проверки усвоения информации вопросами по фрагментам.	80 минут
3	Заключительная часть •Заключительный контроль • Подведение итогов • Домашнее задание	Тестирование Решение задач по теме КПН	Результирующая оценка уровня усвоения знаний	30 минут 20 минут 10 минут

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Обычные жидкости изотропны, структурно они являются аморфными телами. Для внутреннего строения жидкостей характерен ближайший порядок (упорядоченное относительное расположение

ближайших частиц). Расстояния между молекулами жидкости малы, силы взаимодействия значительны. Жидкости мало сжимаемы, обладают большой плотностью, принимают форму сосуда, в котором находятся.

Рассмотрим молекулу (1), находящуюся в объеме жидкости (рис.1),она испытывает, в основном, одинаковые силы притяжения

к

Рис.1

о всем окружающим ее соседним молекулам. Молекула (2), находящаяся на поверхности, испытывает большее притяжение со стороны молекул, находящихся в объеме жидкости и меньшее вверху со стороны молекул пара. В результате на молекулу в поверхностном слое действует нескомпенсированная силаF. Переход молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой связан с необходимостью совершения работы против действующих в поверхностном слое сил.

Таким образом молекулы в поверхностном слое обладают дополнительной потенциальной энергией, называемой поверхностной энергией. Из-за наличия поверхностной энергии жидкость обнаруживает стремление к сокращению своей поверхности. Силы, действующие по касательной к поверхности и стремящиеся сократить площадь

свободной поверхности называются силами поверхностного натяжения.

Работа A, которую необходимо совершить для изотермического образования свободной поверхности пропорциональна площади свободной поверхности S:

(1)

- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом поверхностного натяжения (поверхностным натяжением.

Коэффициент поверхностного натяжения численно равен работе

которую необходимо совершить для изотермического образования единицы площади свободной поверхности.

Единицы измерения коэффициента поверхностного натяжения в СИ:

Pис.2 Рис.3

Возьмем изогнутую в виде буквы П проволочную рамку и опустим в сосуд с жидкостью (рис. 2). Работа, которую необходимо совершить для образования пленки жидкости (имеющей 2 свободные поверхности (рис.3)) с одной стороны может быть рассчитана по формуле (1):

(2)

с другой стороны найдена по определению:

(3)

где F - сила поверхностного натяжения, - перемещение рамки.

Приравнивая правые части соотношений (2) и (3), получим:

, откуда следует, что

(4)

где - периметр смачивания - длина линии, перпендикулярно которой, действуют силы поверхностного натяжения, направленные по касательной к свободной поверхности.

Таким образом мы имеем два тождественных определения коэффициента поверхностного натяжения:

;

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, ее состояния ( в частности от температуры : с повышением температуры коэффициент поверхностного натяжения линейно убывает).

Для уменьшения поверхностного натяжения жидкости к ней добавляют специальные примеси (мыло, жирные кислоты), которые располагаются на поверхности и уменьшают поверхностную энергию.

Такие вещества называются поверхностно активными веществами ( ПАВ).

Давление под изогнутой поверхностью жидкости.

Вывод формулы Лапласа.

Рассмотрим сферическую каплю жидкости (рис. 4). Оценим добавочное давление создаваемое силами поверхностного натяжения. По определению давления, с учетом соотношения (4):

, где-радиус капли, после сокращения имеем:(5) - это формула Лапласа.

В общем случае, для поверхности любой формы добавочное давление определяется соотношением:

(6)

Следует помнить, что радиусы кривизны и Рис.4

поверхностей в формуле (6) алгебраи-

ческие величины. Если центр кривизны

нормального сечения находится под свободной поверхностью (рис.5),

то r>0 (соответственно, добавочное давление), Если над (рис.6), тоr<0 , .

Рис.5 Рис.6

Капиллярные явления, смачивающие и несмачивающие жидкости. Подъем и опускание жидкости в капилляре

При рассмотрении явлений на границе раздела различных сред следует иметь в виду, что поверхностная энергия жидкости или твердого тела зависит не только от свойств данной жидкости или твердого тела, но и от свойств того вещества, с которым они граничат, т.е. нужно рассматривать суммарную поверхностную энергию 2-х граничащих друг с другом веществ. Если граничат между собой три вещества, то вся система принимает конфигурацию, соответствующую минимуму суммарной энергии.

Угол (тета), отсчитываемый между касательными к поверхности твердого тела и к поверхности жидкости, внутри жидкости, называется краевым углом.

Жидкость смачивает твердое тело, если (рис.7), при

имеет место явление полного смачивания. При жидкости не смачивает твердое тело (рис.8) , приимеем полное несмачивание.

θ

θ

Рис. 7 Рис.8

Существование явлений смачивания и несмачивания приводит к тому, что вблизи стенок сосуда наблюдается искривление поверхности жидкости. В узкой трубке - капилляре искривленной оказывается любая поверхность. Такая поверхность называется мениском.

Высота подъема жидкости в капиллярной трубке

В капилляре гидростатическое давление должно уравновешиваться добавочным давлением:

,

откуда следует: =- высота подъема жидкости в капиллярной трубке,r- плотность жидкости,r- радиус капилляра.

Медикам необходимо знать коэффициент поверхностного натяжение биологических жидкостей т.к. он в некоторых случаях может служить диагностическим фактором:

- при желтухе коэффициент поверхностного натяжение мочи уменьшается:

- при диабете из-за увеличения содержания липазы в крови также изменяется поверхностное натяжение крови.

Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. 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.

Лабораторная работа

Определение поверхностного натяжения жидкостей различными методами

Цель работы: Определение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей методами отрыва кольца и счета капель. Влияние ПАВ на коэффициент поверхностного натяжения.