Students.by - это живая энциклопедия белорусского студента (статьи, книги, мультимедиа). Еще мы предлагаем поиск по лучшим полнотекстовым научным хранилищам Беларуси!
 |
 |
|
|
|
|
|
  
|
|
Граница раздела жидкость/газ. Жидкое состояние возникает вследствие существования короткодействующих сил притяжения, которые, в большинстве случаев, препятствуют выходу молекул жидкости в газовую фазу, но не мешают их движению за счет соударения друг с другом. Такое соударение является причиной хорошо известного броуновского движения (см. также БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ). Почти полное отсутствие молекул жидкости над жидкой поверхностью является результатом действия сил притяжения соседними молекулами, вследствие чего молекулы с поверхности втягиваются вглубь объема. Поэтому капля жидкости испытывает поверхностное сжатие, как будто она покрыта эластичной оболочкой, как у воздушного шара, хотя на самом деле такой оболочки у нее нет. В терминах энергетических представлений можно сказать, что молекулы на поверхности, обладая б  льшей энергией, чем молекулы в объеме, стремятся уменьшить свою энергию, чтобы сохранить устойчивость системы. Оба объяснения согласуются со сферической формой падающих жидких капель малого размера (сфера имеет наименьшую поверхность для данного объема) и другими следствиями существования поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение (g) определяется как сила, отнесенная к единице длины, или как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз при постоянной температуре, и выражает тенденцию поверхностей к стягиванию. Исходя из стремления жидкой сферической капли к сжатию (уменьшению объема), равновесное состояние может быть достигнуто только при наличии избыточного давления DP внутри капли:
где r – радиус капли. Для капли с двумя радиусами кривизны
причем при r1 = r2 уравнение (2) превращается в (1). Интересное приложение, вытекающее из уравнения (2), получается в случае общей пленки мыла на сближенных концах двух открытых трубок (рис. 2). Давления внутри и снаружи пленки равны и, согласно (2), это возможно, только если r1 = –r2.
 (4.09 Кб)
Силы, отличные по природе от поверхностного натяжения, изменяют сферическую форму капли. Так, гравитационные и аэродинамические силы, а также взаимодействия (как в случае падающих капель дождя) с другими жидкими и твердыми телами влияют на форму капли. Один из простейших методов измерения g основан на использовании таких взаимодействий на границе раздела Ж/Т. Если жидкость смачивает внутреннюю поверхность трубки (рис. 3,а), жидкость поднимается и граница раздела Г/Ж принимает вогнутую полусферическую форму. Из уравнения (1) следует, что давление внутри столба жидкости будет меньше давления воздуха на величину 2g/r; это и объясняет поднятие столба жидкости в трубке. В нейтральном состоянии, q = 0,
где h – высота столба, r – разность плотностей жидкости и пара и g – ускорение силы тяжести. Когда жидкость не смачивает трубку, ее уровень в трубке понижается относительно уровня поверхности жидкости в резервуаре и возникает выпуклый полусферический мениск (рис. 3,б). В этом случае давление внутри мениска превышает давление воздуха на величину:
Это объясняет понижение уровня жидкости в трубке на рис. 3,б. В таких случаях контактный угол (q) не может быть нулевым, и потому требуется введение cosq.
 (7.33 Кб)
Другие статические методы измерения g включают измерение силы, необходимой для отрыва металлического кольца или стеклянной пластинки от жидкой поверхности, либо измерение веса или объема капли, которая полностью отделяется (капает) из вертикальной трубки точно определенной формы. Динамический метод определения g позволяет измерять поверхностное натяжение в различное время после образования поверхности, используя явление осцилляции струи. Если струя жидкости вытекает из трубки эллиптического сечения, поверхностное натяжение вызывает пульсацию поперечного сечения струи, при этом возникающие осцилляции можно сфотографировать. Из других параметров, которые можно определить данным методом, отметим расчет изменения g как функции времени, имеющий большое значение для понимания природы поверхностных процессов (см. ниже). Распад истекающей из трубки струи жидкости – одно из хорошо известных проявлений поверхностного натяжения; волны, падающие на берег моря, – другое.
|
|
|
|
