Zona e tensionit sipërfaqësor. Filloni në shkencë. Koeficienti i tensionit sipërfaqësor të ujit

Tensioni sipërfaqësor i ujit është një nga vetitë më interesante të ujit.

Këtu janë disa përkufizime të këtij termi nga burime kompetente.

Tensioni sipërfaqësor është...

Enciklopedia e Madhe Mjekësore

Tensioni sipërfaqësor (S.T.) është forca e tërheqjes me të cilën çdo seksion i filmit sipërfaqësor (sipërfaqja e lirë e një lëngu ose ndonjë ndërfaqe ndërmjet dy fazave) vepron në pjesët ngjitur të sipërfaqes. Presioni i brendshëm dhe P. n. Shtresa sipërfaqësore e lëngut sillet si një membranë elastike e shtrirë. Sipas idesë së zhvilluar nga Kap. arr. Laplace, kjo veti e sipërfaqeve të lëngshme varet nga “forcat molekulare të tërheqjes, që zvogëlohen me shpejtësi me distancën. Brenda një lëngu homogjen, forcat që veprojnë në secilën molekulë nga molekulat që e rrethojnë janë të balancuara reciproke. Por afër sipërfaqes, forcat rezultante të tërheqjes molekulare drejtohen nga brenda; ajo tenton të tërheqë molekulat sipërfaqësore në trashësinë e lëngut. Si rezultat, e gjithë shtresa sipërfaqësore, si një film elastik i shtrirë, ushtron një presion shumë domethënës në masën e brendshme të lëngut në drejtimin normal me sipërfaqen. Sipas llogaritjeve, ky "presion i brendshëm", nën të cilin ndodhet e gjithë masa e lëngut, arrin në disa mijëra atmosfera. Ajo rritet në një sipërfaqe konvekse dhe zvogëlohet në një sipërfaqe konkave. Për shkak të tendencës së energjisë së lirë në minimum, çdo lëng tenton të marrë një formë në të cilën sipërfaqja e tij - vendi i veprimit të forcave sipërfaqësore - ka madhësinë më të vogël të mundshme. Sa më e madhe të jetë sipërfaqja e një lëngu, aq më e madhe të jetë zona që zë filmi i sipërfaqes së tij, aq më i madh është furnizimi i energjisë së sipërfaqes së lirë të çliruar gjatë tkurrjes së tij. Tensioni me të cilin çdo seksion i filmit të sipërfaqes kontraktuese vepron në pjesët ngjitur (në një drejtim paralel me sipërfaqen e lirë) quhet tension. Në ndryshim nga tensioni elastik i një trupi të shtrirë elastik, P. n. nuk dobësohet me tkurrjen e filmit sipërfaqësor. ... Tensioni sipërfaqësor është i barabartë me punën që duhet bërë për të rritur me një sipërfaqen e lirë të një lëngu. P.n. vërehet në ndërfaqen e një lëngu me një gaz (edhe me avullin e vet), me një lëng tjetër të papërziershëm ose me një të ngurtë. Në të njëjtën mënyrë, një trup i ngurtë ka P. n. në kufi me gazrat dhe lëngjet. Ndryshe nga P. n., në të cilën një lëng (ose i ngurtë) ka në sipërfaqen e tij të lirë që kufizohet me një mjedis të gaztë, tensioni në kufirin e brendshëm të dy fazave të lëngshme (ose të lëngshme dhe të ngurta) përcaktohet në mënyrë të përshtatshme nga një term i veçantë i miratuar. në letërsinë gjermane, termi "tension kufitar" (Grenzflachenspannung). Nëse një substancë tretet në një lëng që redukton P-në e saj. n., atëherë energjia e lirë zvogëlohet jo vetëm duke zvogëluar madhësinë e sipërfaqes kufitare, por edhe përmes adsorbimit: një substancë surfaktant (ose aktive kapilar) mblidhet në përqendrim të shtuar në shtresën sipërfaqësore...
…

Enciklopedi e madhe mjekësore. 1970

Të gjitha sa më sipër mund të përmblidhen në këtë mënyrë - molekulat që janë në sipërfaqen e çdo lëngu, përfshirë ujin, tërhiqen nga molekula të tjera brenda lëngut, si rezultat i të cilave lind tensioni sipërfaqësor. Theksojmë se ky është një kuptim i thjeshtuar i kësaj prone.

Tensioni sipërfaqësor i ujit

Për të kuptuar më mirë këtë pronë, këtu janë disa manifestime të tensionit sipërfaqësor të ujit në jetën reale:

  • Kur shohim ujin që pikon nga maja e një rubineti në vend që të rrjedhë, ky është tensioni sipërfaqësor i ujit;
  • Kur një pikë shiu gjatë fluturimit merr një formë të rrumbullakët, pak të zgjatur, ky është tensioni sipërfaqësor i ujit;
  • Kur uji në një sipërfaqe të papërshkueshme nga uji merr një formë sferike, ky është tensioni sipërfaqësor i ujit;
  • Grumbullimet që shfaqen kur fryn era në sipërfaqen e rezervuarëve janë gjithashtu një manifestim i tensionit sipërfaqësor të ujit;
  • Uji në hapësirë ​​merr një formë sferike për shkak të tensionit sipërfaqësor;
  • Insekti strider i ujit noton në sipërfaqen e ujit falë pikërisht kësaj vetie të ujit;
  • Nëse vendosni me kujdes një gjilpërë në sipërfaqen e ujit, ajo do të notojë;
  • Nëse në një gotë hedhim lëngje me densitet dhe ngjyra të ndryshme në mënyrë alternative, do të shohim që ato nuk përzihen;
  • Flluskat e sapunit të ylberit janë gjithashtu një manifestim i mrekullueshëm i tensionit sipërfaqësor.

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor

Fjalor shpjegues terminologjik politeknik

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor është dendësia lineare e forcës së tensionit sipërfaqësor në sipërfaqen e një lëngu ose në ndërfaqen midis dy lëngjeve të papërziershëm.

Fjalor shpjegues terminologjik politeknik. Përpilimi: V. Butakov, I. Fagradyants. 2014

Më poshtë po paraqesim vlerat e koeficientit të tensionit sipërfaqësor (K.s.n.) për lëngje të ndryshme në temperaturë 20°C:

  • Ph.D. aceton - 0,0233 Njuton / Metër;
  • Ph.D. benzinë ​​- 0,0289 Njuton / Metër;
  • Ph.D. ujë i distiluar - 0,0727 Njuton / Metër;
  • Ph.D. glicerinë - 0,0657 Njuton / Metër;
  • Ph.D. vajguri - 0,0289 Njuton / Metër;
  • Ph.D. merkur - 0,4650 Njuton / Metër;
  • Ph.D. alkool etilik - 0,0223 Njuton / Metër;
  • Ph.D. eter - 0,0171 Njuton / Metër.

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor të ujit

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor varet nga temperatura e lëngut. Le të paraqesim vlerat e tij në temperatura të ndryshme të ujit.

  • Në një temperaturë prej 0°C - 75,64 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në temperaturën 10°C - 74,22 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në temperaturën 20°C - 72,25 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në temperaturën 30°C - 71,18 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në një temperaturë prej 40°C - 69,56 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në një temperaturë prej 50°C - 67,91 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në një temperaturë prej 60°C - 66,18 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në temperaturën 70°C - 64,42 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në temperaturën 80°C - 62,61 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në një temperaturë prej 90°C - 60,75 σ, 10 –3 Njuton / Metër;
  • Në një temperaturë prej 100°C - 58,85 σ, 10 -3 Njuton / Metër.

Ky mësim do të diskutojë lëngjet dhe vetitë e tyre. Nga pikëpamja e fizikës moderne, lëngjet janë lënda më e vështirë e hulumtimit, sepse në krahasim me gazrat nuk është më e mundur të flitet për energji të papërfillshme të ndërveprimit midis molekulave, dhe në krahasim me trupat e ngurtë është e pamundur të flitet për renditja e renditur e molekulave të lëngshme (nuk ka renditje me rreze të gjatë në një lëng) . Kjo çon në faktin se lëngjet kanë një numër të vetive interesante dhe manifestimeve të tyre. Një pronë e tillë do të diskutohet në këtë mësim.

Për të filluar, le të diskutojmë vetitë e veçanta që kanë molekulat në shtresën sipërfaqësore të një lëngu në krahasim me molekulat e vendosura në vëllim.

Oriz. 1. Dallimi midis molekulave të shtresës sipërfaqësore dhe molekulave të vendosura në pjesën më të madhe të lëngut

Le të shqyrtojmë dy molekula A dhe B. Molekula A është brenda lëngut, molekula B është në sipërfaqen e tij (Fig. 1). Molekula A është e rrethuar në mënyrë uniforme nga molekula të tjera të lëngut, prandaj forcat që veprojnë në molekulën A nga molekulat që bien në sferën e bashkëveprimit ndërmolekular kompensohen, ose rezultanti i tyre është zero.

Çfarë ndodh me molekulën B, e cila ndodhet në sipërfaqen e lëngut? Le të kujtojmë se përqendrimi i molekulave të gazit të vendosura mbi lëng është shumë më i vogël se përqendrimi i molekulave të lëngshme. Molekula B është e rrethuar nga njëra anë nga molekula të lëngshme dhe nga ana tjetër nga molekula gazi shumë të rrallë. Meqenëse shumë molekula të tjera veprojnë mbi të nga ana e lëngut, rezultanta e të gjitha forcave ndërmolekulare do të drejtohet në lëng.

Kështu, në mënyrë që një molekulë nga thellësia e lëngut të hyjë në shtresën sipërfaqësore, duhet të punohet kundër forcave ndërmolekulare të pakompensuara.

Kujtoni se puna është ndryshimi i energjisë potenciale të marrë me një shenjë minus.

Kjo do të thotë se molekulat e shtresës sipërfaqësore, në krahasim me molekulat brenda lëngut, kanë energji të tepërt potenciale.

Kjo energji e tepërt është një përbërës i energjisë së brendshme të lëngut dhe quhet energjia sipërfaqësore. Përcaktohet si , dhe matet, si çdo energji tjetër, në xhaul.

Natyrisht, sa më e madhe të jetë sipërfaqja e lëngut, aq më shumë molekula kanë energji të tepërt potenciale, dhe për rrjedhojë aq më e madhe është energjia sipërfaqësore. Ky fakt mund të shkruhet në formën e relacionit të mëposhtëm:

,

ku është sipërfaqja dhe është koeficienti i proporcionalitetit, të cilin do ta quajmë koeficienti i tensionit sipërfaqësor, ky koeficient karakterizon këtë apo atë lëng. Le të shkruajmë një përkufizim të rreptë të kësaj sasie.

Tensioni sipërfaqësor i një lëngu (koeficienti i tensionit sipërfaqësor të një lëngu) është një sasi fizike që karakterizon një lëng të caktuar dhe është e barabartë me raportin e energjisë sipërfaqësore me sipërfaqen e lëngut.

Koeficienti i tensionit sipërfaqësor matet në njuton të ndarë me metër.

Le të diskutojmë se nga varet koeficienti i tensionit sipërfaqësor të një lëngu. Për të filluar, le të kujtojmë se koeficienti i tensionit sipërfaqësor karakterizon energjinë specifike të ndërveprimit të molekulave, që do të thotë se faktorët që ndryshojnë këtë energji do të ndryshojnë edhe koeficientin e tensionit sipërfaqësor të lëngut.

Pra, koeficienti i tensionit sipërfaqësor varet nga:

1. Natyra e lëngut (lëngët "të paqëndrueshëm", si eteri, alkooli dhe benzina, kanë më pak tension sipërfaqësor se lëngjet "jo të paqëndrueshme" - uji, merkuri dhe metalet e lëngëta).

2. Temperaturat (sa më e lartë të jetë temperatura, aq më i ulët është tensioni sipërfaqësor).

3. Prania e surfaktantëve që ulin tensionin sipërfaqësor (surfaktantë), si p.sh. sapuni ose pluhuri larës.

4. Vetitë e lëngut kufitar të gazit.

Vini re se koeficienti i tensionit sipërfaqësor nuk varet nga sipërfaqja, pasi për një molekulë individuale afër sipërfaqes është absolutisht e parëndësishme se sa molekula të ngjashme ka përreth. Kushtojini vëmendje tabelës, e cila tregon koeficientët e tensionit sipërfaqësor të substancave të ndryshme në temperaturë:

Tabela 1. Koeficientët e tensionit sipërfaqësor të lëngjeve në ndërfaqen me ajrin, në

Pra, molekulat e shtresës sipërfaqësore kanë energji të tepërt potenciale në krahasim me molekulat në pjesën më të madhe të lëngut. Në kursin e mekanikës u tregua se çdo sistem priret në një minimum të energjisë potenciale. Për shembull, një trup i hedhur nga një lartësi e caktuar do të priret të bjerë poshtë. Përveç kësaj, ju ndiheni shumë më rehat duke u shtrirë, pasi në këtë rast qendra e masës së trupit tuaj është sa më e ulët që të jetë e mundur. Në çfarë çon dëshira për të reduktuar energjinë e mundshme në rastin e një lëngu? Meqenëse energjia sipërfaqësore varet nga sipërfaqja, është energjikisht e pafavorshme që çdo lëng të ketë një sipërfaqe të madhe. Me fjalë të tjera, në një gjendje të lirë, lëngu do të tentojë ta bëjë sipërfaqen e tij minimale.

Mund ta verifikoni lehtësisht këtë duke eksperimentuar me film sapuni. Nëse zhytni një kornizë teli të caktuar në një tretësirë ​​sapuni, mbi të do të formohet një shtresë sapuni dhe filmi do të marrë një formë të tillë që sipërfaqja e tij të jetë minimale (Fig. 2).

Oriz. 2. Shifrat nga solucioni i sapunit

Ju mund të verifikoni ekzistencën e forcave të tensionit sipërfaqësor duke përdorur një eksperiment të thjeshtë. Nëse një fije lidhet me një unazë teli në dy vende, në mënyrë që gjatësia e fillit të jetë pak më e madhe se gjatësia e kordës që lidh pikat e lidhjes së fillit, dhe zhyteni unazën e telit në një zgjidhje sapuni (Fig. 3a), filmi i sapunit do të mbulojë të gjithë sipërfaqen e unazës dhe filli do të shtrihet në film sapuni. Nëse tani e grisni filmin në njërën anë të fillit, filmi i sapunit që mbetet në anën tjetër të fillit do të tkurret dhe do ta shtrëngojë fillin (Fig. 3b).

Oriz. 3. Eksperimentoni për të zbuluar forcat e tensionit sipërfaqësor

Pse ndodhi kjo? Fakti është se zgjidhja e sapunit që mbetet sipër, domethënë lëngu, tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Kështu, filli tërhiqet lart.

Pra, ne jemi të bindur për ekzistencën e tensionit sipërfaqësor. Tani le të mësojmë se si ta llogarisim atë. Për ta bërë këtë, le të bëjmë një eksperiment mendimi. Le të ulim një kornizë teli në solucionin e sapunit, njëra nga anët e së cilës është e lëvizshme (Fig. 4). Ne do të shtrijmë filmin e sapunit duke aplikuar një forcë në anën lëvizëse të kornizës. Kështu, tre forca veprojnë në shiritin kryq - një forcë e jashtme dhe dy forca të tensionit sipërfaqësor që veprojnë përgjatë secilës sipërfaqe të filmit. Duke përdorur ligjin e dytë të Njutonit, ne mund ta shkruajmë atë

Oriz. 4. Llogaritja e forcës së tensionit sipërfaqësor

Nëse, nën ndikimin e një force të jashtme, shiriti i tërthortë lëviz në një distancë, atëherë kjo forcë e jashtme do të funksionojë

Natyrisht, për shkak të kësaj pune, sipërfaqja e filmit do të rritet, që do të thotë se do të rritet edhe energjia sipërfaqësore, të cilën mund ta përcaktojmë përmes koeficientit të tensionit sipërfaqësor:

Ndryshimi i zonës, nga ana tjetër, mund të përcaktohet si më poshtë:

ku është gjatësia e pjesës së lëvizshme të kornizës së telit. Duke marrë parasysh këtë, mund të shkruajmë se puna e bërë nga forca e jashtme është e barabartë me

Duke barazuar anët e djathta në (*) dhe (**), marrim një shprehje për forcën e tensionit sipërfaqësor:

Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor është numerikisht i barabartë me forcën e tensionit sipërfaqësor, i cili vepron për njësi gjatësi të vijës që kufizon sipërfaqen.

Pra, ne jemi edhe një herë të bindur se lëngu tenton të marrë një formë të tillë që sipërfaqja e tij të jetë minimale. Mund të tregohet se për një vëllim të caktuar sipërfaqja e një sfere do të jetë minimale. Kështu, nëse nuk veprojnë forca të tjera në lëng ose efekti i tyre është i vogël, lëngu do të priret të marrë një formë sferike. Kështu, për shembull, uji do të sillet në gravitetin zero (Fig. 5) ose flluskat e sapunit (Fig. 6).

Oriz. 5. Uji në gravitet zero

Oriz. 6. Flluska sapuni

Prania e forcave të tensionit sipërfaqësor mund të shpjegojë gjithashtu pse një gjilpërë metalike "shtrihet" në sipërfaqen e ujit (Fig. 7). Një gjilpërë, e cila vendoset me kujdes në një sipërfaqe, e deformon atë, duke rritur kështu sipërfaqen e kësaj sipërfaqeje. Kështu, lind një forcë e tensionit sipërfaqësor, e cila tenton të zvogëlojë një ndryshim të tillë në zonë. Forcat rezultante të tensionit sipërfaqësor do të drejtohen lart dhe do të kompensojnë forcën e gravitetit.


Oriz. 7. Gjilpërë në sipërfaqen e ujit

Parimi i funksionimit të një pipete mund të shpjegohet në të njëjtën mënyrë. Pika, e cila ndikohet nga graviteti, tërhiqet poshtë, duke rritur kështu sipërfaqen e saj. Natyrisht, lindin forca të tensionit sipërfaqësor, rezultanta e të cilave është e kundërt me drejtimin e gravitetit, dhe të cilat parandalojnë shtrirjen e pikës (Fig. 8). Kur shtypni kapakun e gomës të pipetës, krijoni presion shtesë, i cili ndihmon gravitetin dhe si rezultat, pika bie poshtë.

Oriz. 8. Si funksionon pipeta

Le të japim një shembull tjetër nga jeta e përditshme. Nëse zhytni një furçë bojë në një gotë me ujë, qimet do të fryhen. Nëse tani e hiqni këtë furçë nga uji, do të vini re se të gjitha qimet janë ngjitur me njëri-tjetrin. Kjo për faktin se sipërfaqja e ujit që ngjitet në furçë do të jetë më pas minimale.

Dhe një shembull më shumë. Nëse dëshironi të ndërtoni një kështjellë nga rëra e thatë, nuk ka gjasa të keni sukses, pasi rëra do të shkërmoqet nën ndikimin e gravitetit. Sidoqoftë, nëse lagni rërën, ajo do të ruajë formën e saj për shkak të forcave të tensionit sipërfaqësor të ujit midis kokrrave të rërës.

Së fundi, vërejmë se teoria e tensionit sipërfaqësor ndihmon për të gjetur analogji të bukura dhe të thjeshta për zgjidhjen e problemeve fizike më komplekse. Për shembull, kur ju duhet të ndërtoni një strukturë të lehtë dhe në të njëjtën kohë të fortë, fizika e asaj që ndodh në flluskat e sapunit vjen në shpëtim. Dhe ishte e mundur të ndërtohej modeli i parë adekuat i bërthamës atomike duke e krahasuar këtë bërthamë atomike me një pikë lëngu të ngarkuar.

Bibliografi

  1. G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "Fizika 10". - M.: Arsimi, 2008.
  2. Ya. E. Geguzin "Bubbles", Biblioteka Kuantike. - M.: Nauka, 1985.
  3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky "Bazat e fizikës" vëll. 1.
  4. G. S. Landsberg "Libër shkollor elementar i fizikës" vëll. 1.
  1. Nkj.ru ().
  2. Youtube.com ().
  3. Youtube.com ().
  4. Youtube.com ().

Detyre shtepie

  1. Pasi të keni zgjidhur problemet për këtë orë mësimi, mund të përgatiteni për pyetjet 7,8,9 të Provimit të Shtetit dhe pyetjet A8, A9, A10 të Provimit të Unifikuar të Shtetit.
  2. Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fizika. Mbledhja e problemave për klasën 10" 5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
  3. Bazuar në problemin 5.47, përcaktoni koeficientin e tensionit sipërfaqësor të tretësirës së ujit dhe sapunit.

Lista e pyetjeve dhe përgjigjeve

Pyetje: Pse tensioni sipërfaqësor ndryshon me temperaturën?

Përgjigje: Me rritjen e temperaturës, molekulat e lëngut fillojnë të lëvizin më shpejt, dhe për këtë arsye molekulat i kapërcejnë më lehtë forcat e mundshme të tërheqjes. Që çon në një ulje të forcave të tensionit sipërfaqësor, të cilat janë forca potenciale që lidhin molekulat e shtresës sipërfaqësore të një lëngu.

Pyetje: A varet koeficienti i tensionit sipërfaqësor nga dendësia e lëngut?

Përgjigje: Po, po, pasi energjia e molekulave në shtresën sipërfaqësore të lëngut varet nga dendësia e lëngut.

Pyetje: Cilat metoda ekzistojnë për përcaktimin e koeficientit të tensionit sipërfaqësor të një lëngu?

Përgjigje: Në kursin e shkollës, ata studiojnë dy mënyra për të përcaktuar koeficientin e tensionit sipërfaqësor të një lëngu. E para është metoda e grisjes së telit, parimi i saj përshkruhet në problemin 5.44 nga detyrat e shtëpisë, e dyta është metoda e numërimit të pikave, e përshkruar në problemin 5.47.

Pyetje: Pse flluskat e sapunit shemben pas pak?

Përgjigje: Fakti është se pas njëfarë kohe, nën ndikimin e gravitetit, flluska bëhet më e trashë në fund sesa në krye, dhe më pas, nën ndikimin e avullimit, ajo shembet në një moment. Kjo çon në faktin se e gjithë flluska, si një tullumbace, shembet nën ndikimin e forcave të tensionit sipërfaqësor të pakompensuar.

Tensioni sipërfaqësor përshkruan aftësinë e një lëngu për t'i rezistuar gravitetit. Për shembull, uji në një sipërfaqe tavoline formon pika, sepse molekulat e ujit tërhiqen nga njëra-tjetra, gjë që kundërshton forcën e gravitetit. Falë tensionit sipërfaqësor, objektet më të rënda, si insektet, mund të mbahen në sipërfaqen e ujit. Tensioni sipërfaqësor matet me forcë (N) pjesëtuar me njësinë e gjatësisë (m), ose sasinë e energjisë për njësi sipërfaqe. Forca me të cilën ndërveprojnë molekulat e ujit (forca kohezive) shkakton tension, duke rezultuar në formimin e pikave të ujit (ose lëngjeve të tjera). Tensioni sipërfaqësor mund të matet duke përdorur disa artikuj të thjeshtë që gjenden pothuajse në çdo shtëpi dhe një kalkulator.

Hapat

Duke përdorur një rrotullues

    Shkruani ekuacionin për tensionin sipërfaqësor. Në këtë eksperiment, ekuacioni për përcaktimin e tensionit sipërfaqësor është si më poshtë: F = 2Sd, Ku F- forca në njuton (N), S- Tensioni sipërfaqësor në njuton për metër (N/m), d- gjatësia e gjilpërës së përdorur në eksperiment. Le të shprehim tensionin sipërfaqësor nga ky ekuacion: S = F/2d.

    • Forca do të llogaritet në fund të eksperimentit.
    • Para fillimit të eksperimentit, përdorni një vizore për të matur gjatësinë e gjilpërës në metra.

  1. Ndërtoni një krah të vogël lëkundës. Në këtë eksperiment, një lëkundës dhe një gjilpërë e vogël që noton në sipërfaqen e ujit përdoren për të përcaktuar tensionin sipërfaqësor. Është e nevojshme të merret parasysh me kujdes ndërtimi i lëkundës, pasi saktësia e rezultatit varet nga kjo. Mund të përdorni materiale të ndryshme, gjëja kryesore është të bëni një shirit horizontal nga diçka e fortë: druri, plastika ose kartoni i trashë.

    • Gjeni qendrën e shufrës (si p.sh. një vizore kashte ose plastike) që keni ndërmend të përdorni si shirit dhe shponi ose hapni një vrimë në atë vend; kjo do të jetë pikëmbështetja e shiritit mbi të cilin do të rrotullohet lirshëm. Nëse jeni duke përdorur një kashtë plastike, thjesht godisni atë me një kunj ose gozhdë.
    • Shponi ose hapni vrima në skajet e shiritit, në mënyrë që ato të jenë në të njëjtën distancë nga qendra. Kaloni fijet nëpër vrima për të varur kupën e peshës dhe gjilpërën.
    • Nëse është e nevojshme, mbështeteni krahun lëkundës me libra ose objekte të tjera mjaft të forta për ta mbajtur shiritin tërthor horizontal. Është e nevojshme që shiriti të rrotullohet lirshëm rreth një gozhde ose shufre të futur në mes të saj.

  2. Merrni një copë letër alumini dhe rrotullojeni në formë kutie ose pjate. Nuk është aspak e nevojshme që kjo pjatë të ketë formën e duhur katrore ose të rrumbullakët. Do ta mbushni me ujë ose peshë tjetër, prandaj sigurohuni që të mund ta mbajë peshën.

    • Varni një kuti me fletë ose disk nga njëri skaj i shiritit. Bëni vrima të vogla përgjatë skajeve të pjatës dhe kaloni një fije përmes tyre në mënyrë që disku të varet në shiritin e tërthortë.

  3. Varni një gjilpërë ose kapëse letre nga skaji tjetër i shiritit në mënyrë që të jetë horizontale. Lidhni një gjilpërë ose kapëse letre horizontalisht në fillin që varet nga skaji tjetër i shiritit. Që eksperimenti të jetë i suksesshëm, është e nevojshme të vendosni gjilpërën ose kapësen e letrës saktësisht horizontalisht.

  4. Vendosni diçka, të tillë si brumë lojërash, në shirit për të balancuar enën e letrës së aluminit. Para fillimit të eksperimentit, është e nevojshme të siguroheni që shiriti të jetë horizontal. Disku me fletë metalike është më i rëndë se gjilpëra, kështu që në anën e saj shiriti i tërthortë do të zbresë poshtë. Bashkangjisni mjaft plastelinë në anën e kundërt të shiritit në mënyrë që të jetë horizontale.

    • Ky quhet balancim.

  5. Vendosni një gjilpërë ose kapëse letre të varur nga një fije në një enë me ujë. Ky hap do të kërkojë përpjekje shtesë për të vendosur gjilpërën në sipërfaqen e ujit. Sigurohuni që gjilpëra të mos zhytet në ujë. Mbushni një enë me ujë (ose një lëng tjetër me një tension të panjohur sipërfaqësor) dhe vendoseni nën gjilpërën e varur në mënyrë që gjilpëra të jetë drejtpërdrejt në sipërfaqen e lëngut.

    • Sigurohuni që litari që mban gjilpërën të mbetet në vend dhe të jetë mjaftueshëm i tendosur.

  6. Peshoni disa kunja ose një sasi të vogël pikash uji të matura në një peshore të vogël. Ju do të shtoni një gjilpërë ose pikë ujë në diskun e aluminit në krahun rrotullues. Në këtë rast, është e nevojshme të dihet pesha e saktë në të cilën gjilpëra do të dalë nga sipërfaqja e ujit.

    • Numëroni numrin e kunjave ose pikave të ujit dhe peshojini ato.
    • Përcaktoni peshën e një pike ose një pike uji. Për ta bërë këtë, ndani peshën totale me numrin e kunjave ose pikave.
    • Le të themi se 30 kunja peshojnë 15 gram, pastaj 15/30 = 0,5, domethënë një kunj peshon 0,5 gram.

  7. Shtoni kunjat ose pikat e ujit, një nga një, në tenxhere me letër alumini derisa kunja të hiqet nga sipërfaqja e ujit. Gradualisht shtoni një pikë ose një pikë ujë në të njëjtën kohë. Shikoni me kujdes gjilpërën në mënyrë që të mos humbisni momentin kur, pas rritjes tjetër të ngarkesës, ajo del nga uji. Pasi gjilpëra të largohet nga sipërfaqja e lëngut, ndaloni së shtuari kunjat ose pikat e ujit.

    • Numëroni numrin e kunjave ose pikave të ujit përpara se gjilpëra në skajin e kundërt të shiritit të shkëputet nga sipërfaqja e ujit.
    • Shkruani rezultatin.
    • Përsëriteni eksperimentin disa (5 ose 6) herë për të marrë rezultate më të sakta.
    • Llogaritni mesataren e rezultateve të marra. Për ta bërë këtë, shtoni numrin e kunjave ose pikave në të gjitha eksperimentet dhe ndani shumën me numrin e eksperimenteve.

  8. Konvertoni numrin e kunjave në forcë. Për ta bërë këtë, shumëzojeni numrin e gramëve me 0,00981 N/g. Për të llogaritur tensionin sipërfaqësor, duhet të dini forcën që kërkohej për të hequr gjilpërën nga sipërfaqja e ujit. Meqenëse keni llogaritur peshën e kunjave në hapin e mëparshëm, për të përcaktuar forcën, thjesht shumëzojeni atë peshë me 0,00981 N/g.

    • Shumëzoni numrin e kunjave të vendosura në tigan me peshën e një kunj. Për shembull, nëse vendosni 5 kunja me peshë 0,5 gram, pesha totale e tyre do të jetë 0,5 g/pin = 5 x 0,5 = 2,5 gram.
    • Shumëzojeni numrin e grameve me faktorin 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.

  9. Zëvendësoni vlerat që rezultojnë në ekuacion dhe gjeni vlerën e dëshiruar. Duke përdorur rezultatet e marra gjatë eksperimentit, mund të përcaktohet tensioni sipërfaqësor. Thjesht futni vlerat e gjetura dhe llogaritni rezultatin.

    • Le të themi se në shembullin e mësipërm, gjatësia e gjilpërës është 0,025 metra. Ne i zëvendësojmë vlerat në ekuacion dhe marrim: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. Kështu, tensioni sipërfaqësor i lëngut është 0,05 N/m.

E lëngshme–një substancë në gjendje të lëngshme grumbullimi, që zë një pozicion të ndërmjetëm midis gjendjeve të ngurta dhe të gazta. Vetia kryesore e një lëngu, e cila e dallon atë nga substancat në gjendje të tjera grumbullimi, është aftësia për të ndryshuar formën e tij për një kohë të pacaktuar nën ndikimin e streseve mekanike tangjenciale, qoftë edhe arbitrarisht të vogla, duke ruajtur praktikisht vëllimin e tij.

Informacione të përgjithshme për gjendjen e lëngshme

Gjendja e lëngshme zakonisht konsiderohet e ndërmjetme midis një të ngurtë dhe një gazi: një gaz nuk ruan as vëllim dhe as formë, por një i ngurtë i ruan të dyja.

Forma e trupave të lëngshëm mund të përcaktohet tërësisht ose pjesërisht nga fakti se sipërfaqja e tyre sillet si një membranë elastike. Pra, uji mund të mblidhet me pika. Por një lëng është i aftë të rrjedhë edhe nën sipërfaqen e tij të palëvizshme, dhe kjo gjithashtu do të thotë që forma (pjesët e brendshme të trupit të lëngshëm) nuk ruhet.

Molekulat e lëngshme nuk kanë një pozicion të caktuar, por në të njëjtën kohë ato nuk kanë liri të plotë të lëvizjes. Mes tyre ka një tërheqje, aq e fortë sa për t'i mbajtur pranë.

Një substancë në gjendje të lëngët ekziston në një diapazon të caktuar temperaturash, nën të cilin kthehet në gjendje të ngurtë (ndodh kristalizimi ose shndërrimi në gjendje të ngurtë amorfe - qelqi), mbi të cilin shndërrohet në gjendje të gaztë (ndodh avullimi). Kufijtë e këtij intervali varen nga presioni.

Si rregull, një substancë në gjendje të lëngshme ka vetëm një modifikim. (Përjashtimet më të rëndësishme janë lëngjet kuantike dhe kristalet e lëngëta.) Prandaj, në shumicën e rasteve, një lëng nuk është vetëm një gjendje grumbullimi, por edhe një fazë termodinamike (fazë e lëngshme).

Të gjitha lëngjet zakonisht ndahen në lëngje dhe përzierje të pastra. Disa përzierje lëngjesh kanë një rëndësi të madhe për jetën: gjaku, uji i detit etj. Lëngjet mund të veprojnë si tretës.

Vetitë fizike lëngjeve

1 ).Fluiditeti

Vetia kryesore e lëngjeve është rrjedhshmëria. Nëse një forcë e jashtme zbatohet në një seksion të një lëngu që është në ekuilibër, atëherë një rrjedhë grimcash të lëngshme lind në drejtimin në të cilin zbatohet kjo forcë: lëngu rrjedh. Kështu, nën ndikimin e pabalancuar forcat e jashtme lëngu nuk ruan formën e tij dhe rregullimin relativ të pjesëve, dhe për këtë arsye merr formën e enës në të cilën ndodhet.

Ndryshe nga lëndët e ngurta plastike, një lëng nuk ka një kufi rendimenti: mjafton të aplikoni një forcë të jashtme arbitrarisht të vogël që lëngu të rrjedhë.

2).Ruajtja e vëllimit

Një nga vetitë karakteristike të një lëngu është se ai ka një vëllim të caktuar (në kushte të jashtme konstante). Një lëng është jashtëzakonisht i vështirë për t'u ngjeshur mekanikisht, sepse, ndryshe nga një gaz, ka shumë pak ndërmjet molekulave. hapesire e lire. Presioni i ushtruar mbi një lëng të mbyllur në një enë transmetohet pa ndryshim në secilën pikë të vëllimit të këtij lëngu (ligji i Pascal-it vlen edhe për gazet). Kjo veçori, së bashku me kompresueshmërinë shumë të ulët, përdoret në makinat hidraulike.

Lëngjet në përgjithësi rriten në vëllim (zgjerohen) kur nxehen dhe ulen në vëllim (kontraktohen) kur ftohen. Megjithatë, ka përjashtime, për shembull, uji kontraktohet kur nxehet, në presion dhe temperaturë normale nga përafërsisht.

3).Viskoziteti

Përveç kësaj, lëngjet (si gazrat) karakterizohen nga viskoziteti. Përkufizohet si aftësia për t'i rezistuar lëvizjes së një pjese në lidhje me një tjetër - domethënë si fërkim i brendshëm.

Kur shtresat ngjitur të lëngut lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën, përplasjet e molekulave ndodhin në mënyrë të pashmangshme përveç asaj të shkaktuar nga lëvizja termike. Shfaqen forca që pengojnë lëvizjen e rregullt. Në këtë rast, energjia kinetike e lëvizjes së rendit shndërrohet në energji termike të lëvizjes kaotike të molekulave.

Lëngu në enë, i vënë në lëvizje dhe i lënë në duart e veta, gradualisht do të ndalet, por temperatura e tij do të rritet.

4).Përzierje

Përzierja është aftësia e lëngjeve për t'u tretur në njëri-tjetrin. Një shembull i lëngjeve të përziera: uji dhe alkooli etilik, një shembull i lëngjeve të papërziershme: uji dhe vaji i lëngshëm.

5).Formimi i sipërfaqes së lirë dhe tensioni sipërfaqësor

Për shkak të ruajtjes së vëllimit, lëngu është në gjendje të formojë një sipërfaqe të lirë. Një sipërfaqe e tillë është ndërfaqja midis fazave të një substance të caktuar: nga njëra anë ka një fazë të lëngshme, nga ana tjetër ka një fazë të gaztë (avull) dhe, ndoshta, gazra të tjerë, për shembull, ajri.

Nëse fazat e lëngëta dhe të gazta të së njëjtës substancë vijnë në kontakt, lindin forca që tentojnë të zvogëlojnë zonën e ndërfaqes - forcat e tensionit sipërfaqësor. Ndërfaqja sillet si një membranë elastike që tenton të tkurret.

6).Valët e dendësisë

Megjithëse një lëng është jashtëzakonisht i vështirë për t'u ngjeshur, vëllimi dhe dendësia e tij ende ndryshojnë kur presioni ndryshon. Kjo nuk ndodh menjëherë; Pra, nëse një zonë është e ngjeshur, atëherë një kompresim i tillë transmetohet në zona të tjera me vonesë. Kjo do të thotë që valët elastike, më konkretisht valët e densitetit, mund të përhapen brenda lëngut. Së bashku me dendësinë, ndryshojnë edhe madhësi të tjera fizike, si temperatura.

Nëse dendësia ndryshon paksa me përhapjen e valës, një valë e tillë quhet valë zanore ose tingull.

Nëse dendësia ndryshon mjaft fuqishëm, atëherë një valë e tillë quhet valë goditëse. Vala goditëse përshkruhet nga ekuacione të tjera.

Valët e densitetit në një lëng janë gjatësore, domethënë, dendësia ndryshon përgjatë drejtimit të përhapjes së valës. Nuk ka valë elastike tërthore në lëng për shkak të mos ruajtjes së formës.

Valët elastike në një lëng zbehen me kalimin e kohës, energjia e tyre gradualisht shndërrohet në energji termike. Arsyet e dobësimit janë viskoziteti, "thithja klasike", relaksimi molekular dhe të tjera. Në këtë rast, funksionon i ashtuquajturi viskozitet i dytë, ose vëllimor - fërkimi i brendshëm kur ndryshon densiteti. Vala goditëse, si pasojë e zbutjes, pas njëfarë kohe shndërrohet në valë zanore.

Valët elastike në një lëng janë gjithashtu subjekt i shpërndarjes nga inhomogjenitetet që rezultojnë nga lëvizja kaotike termike e molekulave.

Struktura e lëngjeve


Studimet eksperimentale të gjendjes së lëngshme të materies, bazuar në vëzhgimin e difraksionit të rrezeve x dhe flukseve të neutroneve ndërsa ato kalojnë nëpër media të lëngshme, kanë zbuluar praninë e porosi me rreze të shkurtër, d.m.th. prania e një farë rregulli në renditjen e grimcave vetëm në një distancë të vogël nga çdo pozicion i zgjedhur (Fig. 140).

Rregullimi i ndërsjellë i grimcave fqinje në lëngje është i ngjashëm me renditjen e renditur të grimcave fqinje në kristale. Megjithatë, ky renditje në lëngje vërehet vetëm brenda vëllimeve të vogla. Në distanca: nga një molekulë "qendrore" e zgjedhur, renditja është e ndërprerë (është diametri efektiv i molekulës). Një renditje e tillë në renditjen e grimcave në lëngje quhet renditje me rreze të shkurtër. .

Për shkak të mungesës së rendit me rreze të gjatë, lëngjet, me disa përjashtime, nuk shfaqin karakteristikë anizotropie të kristaleve. Për këtë arsye, struktura e lëngut nganjëherë quhet thuajse kristalore ose e ngjashme me kristalin .

Për herë të parë, ideja e ngjashmërisë së disa vetive të lëngjeve (veçanërisht shkrirjeve metalike) dhe lëndëve të ngurta kristalore u shpreh dhe më pas u zhvillua në veprat e fizikanit sovjetik Ya.I. Frenkel në vitet 1930-1940. Sipas pikëpamjeve të Frenkel, të cilat tani kanë marrë njohje universale, lëvizja termike e atomeve dhe molekulave në një lëng përbëhet nga dridhje të parregullta me një frekuencë mesatare afër frekuencës së dridhjeve të atomeve në trupat kristalorë. Qendra e lëkundjeve përcaktohet nga fusha e forcës së grimcave fqinje dhe zhvendoset së bashku me zhvendosjet e këtyre grimcave.

Në një mënyrë të thjeshtuar, mund të imagjinohet një lëvizje e tillë termike si mbivendosja e kërcimeve relativisht të rralla të grimcave nga një pozicion ekuilibri i përkohshëm në tjetrin dhe lëkundjet termike në intervalet midis kërcimeve. Koha mesatare e qëndrimit "të vendosur" të një molekule të lëngshme pranë një pozicioni të caktuar ekuilibri quhet koha e relaksimit. Me kalimin e kohës, molekula ndryshon vendin e saj të ekuilibrit, duke lëvizur befas në një pozicion të ri, i ndarë nga ai i mëparshmi me një distancë të rendit të madhësisë së vetë molekulave. Kështu, molekula lëviz ngadalë brenda lëngut. Me rritjen e temperaturës, koha zvogëlohet, lëvizshmëria e molekulave rritet, gjë që sjell një ulje të viskozitetit të lëngjeve (rritet lëngshmëria). Sipas shprehjes figurative të Ya.I. Frenkel, molekulat enden në të gjithë vëllimin e lëngut, duke udhëhequr një mënyrë jetese nomade, në të cilën lëvizjet afatshkurtra zëvendësohen nga periudha relativisht të gjata të jetës së ulur.

Lëngjet e ngurta amorfe (qelqi, rrëshirat, bitumi, etj.) mund të konsiderohen si lëngje të mbiftohura, grimcat e të cilave kanë lëvizshmëri të kufizuar për shkak të viskozitetit të tyre shumë të rritur.

Për shkak të rendit të ulët të gjendjes së lëngshme, teoria e lëngjeve rezulton të jetë më pak e zhvilluar se teoria e gazeve dhe e trupave të ngurtë kristalorë. Nuk ka ende një teori të plotë të lëngut.

Një lloj i veçantë i lëngjeve janë disa përbërje organike që përbëhen nga molekula të zgjatura ose në formë disku, ose të ashtuquajturat kristale të lëngëta. Ndërveprimi ndërmjet molekulave në lëngje të tilla tenton të rreshtojë boshtet e gjata të molekulave në një rend të caktuar. Në temperatura të larta, lëvizja termike e pengon këtë, dhe substanca është një lëng i zakonshëm. Në temperatura nën kritike, një drejtim i preferuar shfaqet në lëng dhe lind rendi orientues me rreze të gjatë. Ndërsa ruajnë veçoritë themelore të një lëngu, për shembull, rrjedhshmërinë, kristalet e lëngëta kanë vetitë karakteristike të kristaleve të ngurta - anizotropia magnetike, elektrike dhe vetitë optike. Këto veti (së bashku me rrjedhshmërinë) gjenden në shumë aplikimet teknike, për shembull, në orët elektronike, makinat llogaritëse, telefonat celularë, si dhe në monitorët e kompjuterëve personalë, televizorët, si tregues, tabela dhe ekrane për shfaqjen e informacionit dixhital, alfabetik dhe analog.

Tensioni sipërfaqësor

Karakteristika më interesante e lëngjeve është prania sipërfaqe e lirë. Lidhur me sipërfaqen e lëngut energji e lirë, proporcionale me sipërfaqen e lirë të lëngut: . Meqenëse energjia e lirë e një sistemi të izoluar tenton në minimum, lëngu (në mungesë të fushave të jashtme) tenton të marrë një formë që ka një sipërfaqe minimale. Kështu, problemi i formës së një lëngu reduktohet në një problem izoperimetrik në kushte të dhëna shtesë (shpërndarja fillestare, vëllimi, etj.). Një rënie e lirë merr formën e një sfere, por në kushte më komplekse problemi i formës së sipërfaqes së lëngshme bëhet jashtëzakonisht i vështirë.

Lëngu, ndryshe nga gazrat, nuk mbush të gjithë vëllimin e enës në të cilën derdhet. Ndërmjet lëngut dhe gazit (ose avullit) formohet një ndërfaqe, e cila është në kushte të veçanta në krahasim me pjesën tjetër të lëngut. Molekulat në shtresën kufitare të një lëngu, ndryshe nga molekulat në thellësinë e tij, nuk janë të rrethuara nga molekula të tjera të të njëjtit lëng nga të gjitha anët. Forcat e ndërveprimit ndërmolekular që veprojnë në njërën prej molekulave brenda një lëngu nga molekulat fqinje janë mesatarisht të kompensuara reciprokisht (Fig. 141).

Por të gjitha molekulat, duke përfshirë molekulat e shtresës kufitare, duhet të jenë në një gjendje ekuilibri. Ky ekuilibër arrihet duke zvogëluar pak distancën midis molekulave të shtresës sipërfaqësore dhe fqinjëve të tyre më të afërt brenda lëngut. Ndërsa distanca midis molekulave zvogëlohet, lindin forca refuzuese. Molekulat e shtresës sipërfaqësore janë të paketuara disi më dendur, dhe për këtë arsye ato kanë një furnizim shtesë të energjisë potenciale në krahasim me molekulat e brendshme. Prandaj, molekulat e shtresës sipërfaqësore të një lëngu kanë energji të tepërt potenciale në krahasim me molekulat brenda lëngut, e barabartë me energjinë e lirë. .Kështu, energjia potenciale e sipërfaqes së një lëngu është në përpjesëtim me sipërfaqen e tij: .

Nga mekanika dihet se gjendjet e ekuilibrit të një sistemi korrespondojnë me vlerën minimale të energjisë së tij potenciale, d.m.th. sipërfaqja e lirë e lëngut tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Lëngu sillet sikur forcat që veprojnë tangjencialisht në sipërfaqen e tij po e kontraktojnë (tërheqin) këtë sipërfaqe. Këto forca quhen forcat e tensionit sipërfaqësor .