Предмет: Физика
Раздел: Молекулярная физика
(раздел, изучающий взаимодействия между молекулами и их поведение в различных состояниях вещества)
Поверхностное натяжение:
Поверхностное натяжение — это явление, при котором поверхность жидкости ведёт себя как натянутая эластичная плёнка. Это происходит из-за разности сил притяжения между молекулами на поверхности и внутри жидкости.
Причины поверхностного натяжения:
- Силы межмолекулярного взаимодействия:
- Внутри жидкости каждая молекула взаимодействует с окружающими её молекулами практически со всех сторон равномерно. Это притяжение уравновешено между молекулами, что предотвращает движение молекул в каком-либо одном направлении.
- Однако молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, взаимодействуют только с молекулами, расположенными ниже и по бокам, поскольку над ними уже нет других молекул жидкости. В итоге появляется сила, стремящаяся "затянуть" поверхность внутрь, за счёт чего и образуется дополнительное напряжение на поверхности жидкости.
- Минимизация площади поверхности:
- Жидкость стремится минимизировать свою поверхность для того, чтобы уменьшить потенциальную энергию системы. Это приводит к тому, что капли жидкости принимают шарообразную форму в условиях невесомости или без влияния внешних сил, так как именно такая форма имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме.
- Когезия и адгезия:
- Когезия — это притяжение молекул между собой. На границе между жидкостью и воздухом молекулы жидкости притягиваются друг к другу больше, чем к молекулам воздуха.
- Адгезия — это притяжение молекул жидкости к молекулам твердого тела. Иногда (например, в случае с водой и стеклом) адгезия может быть сильнее когезии, что приводит к "всползанию" жидкости по твердым поверхностям.
Формула поверхностного натяжения:
Математически поверхностное натяжение измеряется как сила, действующая на единицу длины границы, разделяющей две фазы (обычно жидкость и газ). Его обозначают через σ.
Формула поверхностного натяжения:
\( \sigma = \frac{F}{L} \)
где:
- σ — коэффициент поверхностного натяжения (Н/м),
- F — сила, действующая на длину (Н),
- L — длина границы (м).
Пример повседневной наблюдаемости:
- Капли дождя или ртути образуют почти идеальные маленькие сферы на гладких поверхностях из-за поверхностного натяжения.
- Водомерки могут бегать по поверхности воды, так как их масса недостаточна, чтобы "провалить" их сквозь эту "плёнку" из сил поверхностного натяжения.