Коэффициент поверхностного натяжения: что такое, от чего зависит, формула

Все замечали, что вода «наползает» на стенки сосуда, а лёгкие предметы парят над её поверхностью, оставаясь сухими. На поверхности жидкости с её молекулами происходят процессы, отличные от поведения частиц внутри объёма. Поверхность вещества в жидком состоянии покрывает тончайшая плёнка. Её главная характеристика – коэффициент поверхностного натяжения (КПН). Рассмотрим, каков его физический смысл, в чём измеряется. Разберёмся, от каких параметров зависит. 

Что такое коэффициент поверхностного натяжения, от чего зависит

Жидкостям, как и упругим телам, свойственна упругость. Наблюдается в мыльном пузыре. Капля жирной воды растягивается до нескольких сантиметров в диаметре, сила натяжения плёнки удерживает находящийся внутри неё воздух. Эффект возникает на границе двух и более сред, одна из которых жидкость. Причина – разность давления внутри объёма и снаружи.

Возле поверхности жидкости находится меньше элементарных частиц, чем в объёме. С внутренней стороны на них оказывается более сильное (притягивающее) воздействие, чем извне. Молекулы притягиваются и отталкиваются в пределах расстояния r – радиус их взаимодействия. Если частичка расположена в верхнем слое вещества – равнодействующая силе взаимодействия направляется внутрь жидкости. Молекула сможет перейти с объёма вещества в верхний её слой, только выполнив работу, при этом затрачивается кинетическая и растёт потенциальная энергия поверхности.  Она и называется поверхностным натяжением вещества.
Примеры явления:

• падающая капля воды ведет себя так, словно она окутана прозрачной тонкой оболочкой (не распыляется на мелкие частицы);
• водомерки, бегающие по поверхности водоёмов;
• разлитая в воде капля жирного вещества: бензин, масло.

Поверхностным натяжением называют термодинамическую характеристику среды раздела двух и более веществ, находящихся в фазовом равновесии. Оно показывает величину энергии, которая способна увеличить поверхность жидкости на единицу при сохранности её объёма.

Величина зависит от температуры – внутренней энергии вещества, для воды – снижается с нагревом, максимальное значение наблюдается при температуре около 4 °C. 

Формулы

Численно коэффициент поверхностного натяжения равняется силе, что оказывает воздействие на линию разделения с длиной в единицу. Обозначается буквой σ, пропорционален модулю силы поверхностного натяжения (F) и обратно пропорционален длине линии поверхностного разрыва (l) или соприкосновения сред.

σ = F/l.

Сила F направляется по касательной относительно поверхности раздела сред в сторону уменьшения их площади.

Единицей измерения коэффициента поверхностного натяжения является Н/м. Его определяют как ничтожно малую работу, совершаемую для увеличения поверхности вещества на столь же малую величину без изменения температуры.

Тесты

Выберите правильный ответ: в чем (каких единицах) измеряется коэффициент поверхностного натяжения:

1. Н*м.
2. Н/м.
3. Кг/м³.

Как можно изменить КПН?

1. Нагреть жидкость.
2. Изменить линию разрыва.
3. Нагреть или охладить вещество.

Дайте краткое определение коэффициенту поверхностного натяжения любых жидкостей.