double arrow
Физический смысл коэффициента поверхностного натяжения, от чего он зависит, какова его размерность

1

Занятие 7 по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»

Тема: Поверхностное натяжение жидкостей и методы его определения

1. В чем состоит сущность физического явления поверхностного натяжения?

2. Каков физический смысл коэффициента поверхностного натяжения, от чего он зависит, какова его размерность?

3. Перечислите основные методы определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей. Получите расчетную формулу для определения поверхностного натяжения жидкостей методом Ребиндера.

4. Методика определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей методом Ребиндера (лабораторная работа).

 

Сущность физического явления поверхностного натяжения

Молекулы, расположенные вблизи поверхности тела в некотором тонком поверхностном слое, находятся в условиях, отличных от условий внутри него. На каждую молекулу внутри, например, жидкости (пусть это будет молекула 1) действуют молекулярные силы притяжения со стороны соседних молекул, окружающих ее со всех сторон (рис. 1). Результирующая этих сил (R) равна нулю. Пусть над поверхностью жидкости находится пар, плотность которого во много раз меньше, и взаимодействием его молекул с молекулами жидкости можно пренебречь. Молекулы, находящиеся на поверхности (например, молекула 2), притягиваются только молекулами, находящимися внутри жидкости (см. рис. 1).

Под действием этих сил молекулы поверхностного слоя втягиваются внутрь, число молекул на поверхности уменьшается, и площадь поверхности жидкости сокращается. Сокращение поверхности происходит за счет сил поверхностного натяжения, с помощью которых закрываются образовавшиеся пустые пространства. Таким образом сила поверхностного натяжения – это сила, которая направлена по касательной к поверхности и стремится ее сократить.




Процесс сокращения поверхности продолжается до тех пор, пока на поверхности останется такое число молекул, при котором ее площадь оказывается минимальной для данного объема. По этой причине маленькие капли жидкости имеют шарообразную форму: при заданном объеме шар обладает наименьшей из всех фигур площадью поверхности.

Физический смысл коэффициента поверхностного натяжения, от чего он зависит, какова его размерность

Можно показать, что сила поверхностного натяжения пропорциональна l, где l - длина произвольного отрезка, который условно выбран на поверхности жидкости (рис. 2):



, (1)

где коэффициент зависит от рода жидкости и внешних условий, например, от температуры, и называется коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением.

Из формулы (1) следует так называемое силовое определениекоэффициента поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение численно равно силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости. Размерность поверхностного натяжения: = .

На предыдущем занятии было дано энергетическое определение коэффициента поверхностного натяжения, согласно которому коэффициент поверхностного натяжения – поверхностная энергия, приходящаяся на единицу площади поверхности раздела ( ). В соответствии с данным определением размерность s в СИ – Дж/м2. Данная размерность равнозначна приведенной выше, поскольку Дж = Н×м, и, следовательно .

Поверхностное натяжение биологических жидкостей в некоторых случаях может служить диагностическим параметром. Так, например, при заболевании желтухой поверхностное натяжение мочи резко уменьшается вследствие появления в моче желчных кислот. При диабете и некоторых других заболеваниях повышается содержание липазы в крови. О содержании липазы судят по изменению поверхностного натяжении раствора трибутилена при добавлении в него крови.

1





Сейчас читают про: