Внутри объема жидкости её молекулы испытывают взаимное притяжение. Благодаря воздействию со всех сторон они уравновешены. На поверхности вещества происходят иные явления. Рассмотрим, что такое сила поверхностного натяжения (ПН) жидкого вещества, как направлена, от чего зависит. Разберёмся, какова её природа, ознакомимся с формулой для вычисления.
Что такое сила поверхностного натяжения
Между молекулами жидкого вещества установлены связи взаимного притяжения. Из-за них молекулы не испаряются, а удерживают заданный объём. Верхние слои жидкости обладают дополнительной энергией из-за отсутствия над ними молекул, уравновешивающих действующие на них силы. Это и есть сила поверхностного натяжения жидкости. Она направлена вниз, внутрь объёма вещества. Поверхность при этом максимально стягивается, на ней образуется подобие практически невидимой плёнки, обладающей упругостью. Водомерки, например, успешно используют это свойство воды для перемещения по её поверхности.
Тончайшую плёнку на воде можно заметить, когда она медленно пробивает себе путь по несмачиваемой поверхности, например, лакированной крышке деревянного стола – перед ручейком бежит обволакивающая его тонкая плёнка.
Сила натяжения обладает интересным свойством: для повышения площади её поверхности над ней необходимо совершить работу. В состоянии покоя вещество стремится к минимизации поверхности – сфере. Капли воды обладают сферической формой, когда находятся на несмачиваемой поверхности. При падении они вытягиваются, всему вина сопротивление воздуха.
У сил поверхностного натяжения двойственная природа:
- Энергетическая (термодинамическая) – работа, выполняемая с целью увеличить площадь поверхности вещества при растяжении в условиях стабильной температуры.
- Механическая (силовая) – сила, минимизирующая площадь поверхности.
Возникает преимущественно на границе жидкостей и твердых веществ. Давление, вызванное поверхностным натяжением, вычисляется по формуле Лапласа:
p = 2σ/r, здесь:
- σ – коэффициент ПН вещества;
- r – радиус кривизны.
Измеряется тензиометром в миллиньютонах на метр (мН/м). У нелетучих веществ (вода) поверхностное натяжение больше, чем у летучих (эфир, спирт). Оно зависит только от строения жидкости и её температуры.
Проявления и применение
В промышленности свойство жидкости минимизировать поверхность применяется, например, при изготовлении металлических шариков, где не нужна высокая точность, например, ружейная дробь. Жидкий металл кристаллизуется при падении с высоты в разреженной среде.
Химики для борьбы с явлением используют смачиватели, например, при создании моющих средств. Явление наблюдается на гидрофобных поверхностях – капли принимают сферическую форму, расположенные рядом – объединяются. В быту можно наблюдать, как аккуратно положенная плоскостью на поверхность воды булавка плавает. Несмотря на состав – металл, её вес компенсируется поверхностным натяжением, булавка словно продавливает тонкую плёнку поверх воды.
Как вы считаете, материал был полезен?