Paviršiaus įtemptis yra skysčio paviršių veikianti jėga, atsirandanti dėl skysčio molekulių tarpusavio traukos. Paviršiaus įtemptis σ savo dydžiu lygi darbui, kurį reikia izotermiškai atlikti, kad skysčio ir jo sočiųjų garų ribinio paviršiaus plotas padidėtų 1 m2: σ = δA / dS arba jėgai, kuri skysčio paviršių ribojantį kontūrą pailgintų 1 m: σ = δA / dS; čia δA - elementarusis darbas, atliekamas paviršiaus plotą padidinant dydžiu dS, dF - jėga, pailginanti kontūrą nykstamuoju dydžiu dl.
Mechaninis darbas, kurį reikia atlikti izotermiškai sukuriant atitinkamo ploto kūno paviršių, yra skysčio įtempties energija. Paviršiaus įtempties sisteminiai matavimo vienetai yra džaulis kvadratiniam metrui J/m2 arba niutonas metrui N/m.
Paviršiaus molekules traukia ir skysčio, ir dujų molekulės, bet dujų molekulių trauka yra gerokai silpnesnė, todėl atstojamoji traukos jėga, nukreipta į skysčio vidų, yra statmena jo paviršiui. Ši jėga pasireiškia tik labai ploname, kelių molekulių skersmens storio skysčio sluoksnyje, todėl einant gilyn ši paviršinė traukos jėga staigiai silpnėja. Dėl paviršiaus įtempties tam tikro tūrio skysčiai stengiasi išlaikyti mažiausią paviršiaus plotą, pvz., skysčio lašas - rutulio formą.
Molekulę, esančią skysčio viduje, aplinkinės molekulės traukia į visas puses vienodai. Visai kitokioje padėtyje yra molekulės, esančios skysčio paviršiuje. Apatinėje dalyje esančios vandens molekulės jas traukia, o iš išorės šios traukos nėra kam atsverti, nes ten yra vandens garai ir oras. Taigi, vandens molekulės traukia paviršiaus molekules į vidų, o viduje nėra vietos, todėl jos judėti negali ir pasilieka savo vietoje, sudarydamos molekulinį slėgį tarsi plėvelę. Norint išplėsti paviršių reikalinga energija.
Paviršiaus Įtempimo Koeficientas
Jėgos f, kuria skysčio paviršius veikia kontūrą, santykis su to kontūro ilgiu, vadinamas paviršiaus įtempimo koeficientu. Jis priklauso nuo temperatūros, skysčio prigimties, ištirpusių medžiagų skystyje. Kuo stipriau molekulės veikia viena kitą skystyje, tuo paviršiaus įtempimo koeficientas yra didesnis.
Taip pat skaitykite: Socialinio darbo metodai priklausomybėms įveikti
Atlikus bandymą paaiškėjo, kad paviršiaus įtempimas priklauso nuo temperatūros, skysčio prigimties, ištirpusių medžiagų skystyje.
Kaip veikia paviršiaus įtempimas?
Laboratorinis Darbas: Skysčio Paviršiaus Įtempties Koeficiento Priklausomybė Nuo Temperatūros
Užduotis:
- Išmatuoti skysčio paviršiaus įtempties koeficientą kambario temperatūroje svirties ir paviršinių bangų metodais.
- Ištirti skysčio paviršiaus įtempties koeficiento priklausomybę nuo temperatūros paviršinių bangų metodu.
Pagrindiniai teoriniai klausimai:
- Paviršiaus įtempties fizikinė prigimtis.
- Paviršiaus įtempties koeficientas.
- Paviršiaus kreivumo sąlygojamas slėgis.
- Kapiliarumo reiškinys.
- Paviršinės bangos skystyje ir jų naudojimas paviršiaus įtempties koeficientui matuoti.
Tyrimo metodika ir aparatūra:
Paviršiaus įtempties koeficientą randame matuodami bangos ilgį X. Tyrimo aparatūros schema vaizduojama 26 pav. Paviršines bangas sukelia elektromagnetinis vibratorius M. Jo ritele leidžiama 50 Hz dažnio srovė sukelia kintamąjį magnetinį lauką, kuris du kartus per periodą pakeisdamas kryptį pasiekia maksimalią vertę, todėl spyruokliuojanti plokštelė vibruoja 100 Hz dažniu.
Taip pat skaitykite: Kaip atpažinti priklausomybę nuo muzikos
Vandens Paviršiaus Įtempimo Koeficiento Priklausomybės Nuo Temperatūros Tyrimas Žiedo Metodu
Paviršiaus įtempimo koeficientą galima rasti matuojant jėgą, kurią reikia panaudoti atplėšiant nuo jo paviršiaus labai ploną itin tiksliai nustatytų matmenų metalinės vielos žiedą. Kol žiedas neliečia skysčio, tai jį veikiančią sunkio jėgą kompensuoja pakabos reakcijos jėga. Žiedui palietus skystį atsiranda papildoma jėga, kuri pagal formulę yra tiesiai proporcinga lietimosi su skysčiu linijos ilgiui. Plono žiedo, kurio spindulys yra r, lietimosi su skysčiu dviejų kontūrų ilgiai yra praktiškai vienodi, todėl F = 2 * 2πr * σ. Darbe naudojamo žiedo skersmuo 2r = 19.65 mm. Taigi, išmatavę žiedo atplėšimo nuo skysčio jėgą F, jo paviršiaus įtempimo koeficientą apskaičiuojame pagal formulę σ = F / 4πr.
Žiedas šilkiniu siūlu yra pritvirtintas prie dinamometro. Laboratorinę platforma pakelkite tiek, kad žiedas panirtų į vandenį 1-2 cm gylį. Stenkitės šią eksperimento dalį atlikti kuo tolydžiau, kad išvengtumėte dideles paklaidas galinčių sukelti stendo vibracijų.
Kaskart pakoreguokite dinamometro priekinę rankenėlę, kad dinamometro svirtis laikytųsi pusiausvyros padėtyje. Matavimą baikite kuomet žiedas atitrūksta nuo vandens ir užregistruokite dinamometru išmatuotą jėgą. Tikslesniam jėgos nustatymui jėgą matuokite kelis kartus.
Pakartokite 2-8 punktus. Atlikite tyrimus temperatūrų ruože nuo kambario temperatūros iki 70°C keičiant temperatūrą po 5°C ir nubraižykite vandens paviršiaus įtempimo koeficiento, apskaičiuoto pagal formulę σ = F / 4πr, priklausomybę nuo temperatūros. Pateikite darbo išvadas.
Paviršiaus Įtempimo Matavimo Metodai
Paviršiaus įtempimas gali būti matuojamas specialaus metalinio žiedo pagalba, kuris yra panardinamas į skystį. Jei žiedas lėtai išimamas iš skysčio, plonas. Nuleiskite laikiklį su kabliu, kad panardintumėte žiedą. Atsargiai nuleidinėkite platformą stebėdami įtempimo jėgą dinamometre. Kai tik metalinio žiedo kraštas išnyra iš vandens, skysčio sluoksnis yra suformuotas ir įtempimo jėga daugiau nedidėja, užsirašykite įtempimo jėgos vertę f prieš skysčio sluoksniui atsiskiriant. Kad matavimai būtų tikslesni kartokite bandymą kartus ir apskaičiuokite vidurkį.
Taip pat skaitykite: Kainų analizė
tags: #pavirsiaus #itempimo #priklausomybe #nuo #temperaturos