Яка форма забезпечує найменший поверхневий натяг. Поверхневий натяг рідини

Основна частина.

Для розуміння основних властивостей та закономірностей рідкого стану речовини необхідно розглянути такі аспекти:

Будова рідини. Рух молекул рідини.

Рідина – це щось таке, що може текти.

У розташування частинок рідини спостерігається так званий ближній порядок. Це означає, що стосовно будь-якої частки розташування найближчих до неї сусідів є впорядкованим.

Однак у міру віддалення від даної частинки розташування по відношенню до неї інших частинок стає все менш упорядкованим, і досить швидко порядок розташування частинок зовсім зникає.

Молекули рідини рухаються набагато вільніше, ніж молекули твердого тіла, хоч і не так вільно, як молекули газу.

Кожна молекула рідини протягом деякого часу рухається туди, то сюди, не віддаляючись, проте від своїх сусідів. Але іноді молекула рідини виривається зі свого оточення і переходить в інше місце, потрапляючи в нове оточення, де знову протягом деякого часу здійснює рухи, подібні до коливання. Значні заслуги у створенні низки проблем теорії рідкого стану належить радянському вченому Я. І. Френкелю.

Відповідно до Френкелю, тепловий рух у рідинах має наступний характер. Кожна молекула протягом деякого часу коливається у певного положення рівноваги. Іноді молекула змінює місце рівноваги, стрибком переміщаючись на нове становище, віддаленого від попереднього відстань порядку розмірів самих молекул. Тобто, молекули лише повільно переміщуються всередині рідини, перебуваючи частину часу біля певних місць. Таким чином, рух молекул рідини є чимось на кшталт суміші рухів у твердому тілі та в газі: коливальний рух на одному місці змінюється вільним переходом з одного місця в інше.

Тиск у рідині

Повсякденний досвід вчить нас, що рідини діють з відомими силами на поверхню твердих тіл, що стикаються з ними. Ці сили називаються силами тиску рідини.

Прикриваючи пальцем отвір відкритого водопровідного крана, ми відчуваємо силу тиску рідини на палець. Біль у вухах, який відчуває плавець, що пірнув на велику глибину, викликаний силами тиску води на барабанну перетинку вуха. Термометри для вимірювання температури на глибині моря повинні бути дуже міцними, щоб тиск води не міг роздавити їх.

Тиск у рідині обумовлений зміною її обсягу – стиском. По відношенню до зміни обсягу рідини мають пружність. Сили пружності в рідині – це сили тиску. Таким чином, якщо рідина діє з силами тиску на тіло, що стикається з нею, це означає, що вона стиснута. Так як при стисканні щільність речовини зростає то можна сказати, що рідини мають пружність по відношенню до зміни щільності.

Тиск рідини перпендикулярно будь-якої поверхні, поміщеної в рідину. Тиск у рідині на глибині h дорівнює сумі тиску на поверхні та величини, пропорційній глибині:

Завдяки тому, що рідини можуть передавати статичний тиск, практично не менше своєї щільності можуть використовуватися в пристроях, що дають виграш в силі: гідравлічному пресі.

Закон Архімеда

На поверхню твердого тіла, зануреного у рідину, діють сили тиску. Так як тиск збільшується з глибиною занурення, то сили тиску, що діють на нижню частину рідини і спрямовані вгору, більше, ніж сили, що діють на його верхню частину і спрямовані вниз, і ми можемо очікувати, що рівнодіюча сил тиску буде спрямована вгору. Рівнодіюча сила тиску на тіло, занурене в рідину, називається підтримуючою силою рідини.

Якщо тіло, занурене в рідину, надати самому собі, то воно потоне, залишиться в рівновазі або спливе на поверхню рідини в залежності від того, чи підтримуюча сила, ніж сила тяжіння, що діє на тіло, дорівнює їй або більше її.

Закон Архімеда полягає в тому, що на тіло, що знаходиться в рідині, діє спрямована вгору сила, що виштовхує, дорівнює вазі витісненої рідини. На тіло, занурене в рідину, діє сила, що виштовхує (називається силою Архімеда)

де ρ - густина рідини (газу), - прискорення вільного падіння, а V- Об'єм зануреного тіла (або частина об'єму тіла, що знаходиться нижче поверхні).

Якщо тіло, занурене в рідину, підвішене до шальки терезів, то ваги показують різницю між вагою тіла в повітрі і вагою витісненої рідини. Тому закону Архімеда надають іноді таке формулювання: тіло, занурене в рідину, втрачає у своїй вазі стільки, скільки важить витіснена ним рідина.

Цікаво відзначити такий експериментальний факт, що, перебуваючи всередині іншої рідини більшої питомої ваги, рідина за законом Архімеда втрачає свою вагу і приймає свою природну, кулясту форму.

Випаровування

У поверхневому шарі та поблизу поверхні рідини діють сили, які забезпечують існування поверхні та не дозволяють молекулам залишати об'єм рідини. Завдяки тепловому руху деяка частина молекул має досить великі швидкості, щоб подолати сили, що утримують молекули рідини, і залишити рідину. Це називається випаром. Воно спостерігається за будь-якої температури, але його інтенсивність зростає зі збільшенням температури.

Якщо молекули, що залишили рідину, видаляються з простору поблизу поверхні рідини, то, зрештою, вся рідина випарується. Якщо ж молекули, що залишили рідину, не видаляються, то вони утворюють пару. Молекули пари, що потрапили в область поблизу поверхні рідини, силами тяжіння втягуються рідину. Цей процес називається конденсацією.

Таким чином, у разі невидалення молекул швидкість випаровування зменшується з часом. При подальшому збільшенні щільності пари досягається така ситуація, коли число молекул, що залишають рідину за деякий час, дорівнюватиме кількості молекул, що повертаються в рідину за той же час. Настає стан динамічної рівноваги. Пара в стані динамічної рівноваги з рідиною називається насиченою.

З підвищенням температури щільність та тиск насиченої пари збільшуються. Чим вище температура, тим більше молекул рідини володіє енергією, достатньої для випаровування, і тим більшою повинна бути щільність пари, щоб конденсація могла зрівнятися з випаровуванням.

Кипіння

Коли при нагріванні рідини досягається температура, при якій тиск насиченої пари дорівнює зовнішньому тиску, встановлюється рівновага між рідиною та її насиченою парою. При повідомленні рідини додаткової кількості теплоти відбувається негайне перетворення відповідної маси рідини на пару. Цей процес називається кипінням.

Кипіння - це інтенсивне випаровування рідини, що відбувається не тільки з поверхні, але і в усьому її обсязі, утворюються бульбашок пари. Щоб перейти з рідини в пару, молекули повинні придбати енергію, необхідну для подолання сил тяжіння, що утримують їх у рідині. Наприклад, для випаровування 1 г води при температурі 100° С і тиску, що відповідає атмосферному тиску на рівні моря, потрібно витратити 2258 Дж, з яких 1880 йдуть на відділення молекул від рідини, а решта - на роботу зі збільшення об'єму, займаного системою, проти сил атмосферного тиску (1 г водяної пари при 100 ° С і нормальному тиску займає об'єм 1,673 см 3 тоді як 1 г води за тих же умовах - лише 1,04 см 3).

Температурою кипіння є та температура, при якій тиск насиченої пари стає рівним зовнішньому тиску. При збільшенні тиску температура кипіння збільшується, а при зменшенні зменшується.

Через зміну тиску в рідині з висотою її стовпа, кипіння на різних рівнях рідини відбувається, строго кажучи, при різній температурі. Певну температуру має лише насичена пара над поверхнею окропу. Його температура визначається лише зовнішнім тиском. Саме ця температура має на увазі, коли говорять про температуру кипіння.

Температури кипіння різних рідин сильно відрізняються, між собою і це знаходить широке застосування в техніці, наприклад при розгонці нафтопродуктів.

Кількість тепла, яке необхідно підвести, для того щоб ізотермічно перетворити на пару певну кількість рідини, при зовнішньому тиску, що дорівнює тиску її насичених пар, називається прихованою теплотою пароутворення. Зазвичай цю величину співвідносять одного граму, або одному молю. Кількість теплоти, необхідне для ізотермічного випаровування моля рідини називається молярною прихованою теплотою пароутворення. Якщо цю величину поділити на молекулярну вагу, то вийде питома прихована теплота пароутворення.

Поверхневий натяг рідини

Властивість рідини скорочувати свою поверхню до мінімуму називається поверхневим натягом. Поверхневий натяг – явище молекулярного тиску рідина, викликане притягненням молекул поверхневого шару до молекул всередині рідини. На поверхні рідини молекули зазнають дії сил, які не є симетричними. На молекулу, що знаходиться всередині рідини, з боку сусідів у середньому рівномірно з усіх боків діє сила тяжіння, зчеплення. Якщо поверхню рідини збільшувати, молекули рухатимуться проти дії утримувальних сил. Таким чином, сила, що прагне скоротити поверхню рідини, діє в протилежному напрямку зовнішньої розтягує поверхню силі. Ця сила називається силою поверхневого натягу та обчислюється за формулою:

Коефіцієнт поверхневого натягу()

Довжина межі поверхні рідини

Звернемо увагу, що у рідин, що легко випаровуються (ефіру, спирту) поверхневий натяг менше, ніж у рідин нелетких (у ртуті). Дуже мало поверхневе натяг у рідкого водню і, особливо, рідкого гелію. У рідких металів поверхневий натяг, навпаки, дуже великий. Відмінність у поверхневому натягу рідин пояснюється різницею в силах зчеплення в різних молекул.

Вимірювання поверхневого натягу рідини показують, що поверхневе натяг залежить не тільки від природи рідини, але і від його температури: з підвищенням температури відмінність у щільності рідини зменшуються, у зв'язку з цим зменшується і коефіцієнт поверхневого натягу - .

Завдяки поверхневому натягу, будь-який об'єм рідини прагне зменшити площу поверхні, зменшуючи таким чином і потенційну енергію. Поверхневе натяг - одна з пружних сил, відповідальних за рух брижів на воді. У опуклостях поверхневе тяжіння та поверхневе натяг тягнуть частинки води вниз, прагнучи зробити поверхню знову гладкою.

Рідинні плівки

Всі знають, як легко отримати піну з мильної води. Піна – це безліч бульбашок повітря, обмежених найтоншою плівкою з рідини. З рідини, що утворює піну, легко можна отримати окрему плівку.

Ці плівки дуже цікаві. Вони можуть бути дуже тонкі: в більш тонких частинах їх товщина не перевищує стотисячної частини міліметра. Незважаючи на свою тонкість, вони інколи дуже стійкі. Мильну плівку можна розтягувати та деформувати, крізь мильну плівку може протікати струмінь води, не руйнуючи її.

Чим пояснити стійкість плівок? Неодмінною умовою утворення плівки є додавання до чистої рідини речовин, що розчиняються в ній, причому таких, які сильно знижують поверхневий натяг

У природі та техніці ми зазвичай зустрічаємося не з окремими плівками, а із зібранням плівок – піною. Часто можна бачити в струмках, там, де невеликі струмки падають у спокійну воду, рясна освіта піни. У цьому випадку здатність води пінитися пов'язана з наявністю у воді особливої ​​органічної речовини, що виділяється з коріння рослин. У будівельній техніці використовують матеріали, що мають комірчасту структуру, на зразок піни. Такі матеріали дешеві, легкі, погано проводять теплоту та звуки та досить міцні. Для їх виготовлення додають розчини, з яких утворюються будматеріали, речовини, що сприяють піноутворенню.

Змочування

Невеликі крапельки ртуті, поміщені на скляну пластинку, набувають кулястої форми. Це результат дії молекулярних сил, які прагнуть зменшити поверхню рідини. Ртуть, поміщена поверхню твердого тіла, який завжди утворює круглі краплі. Вона розтікається по цинковій пластинці, причому загальна поверхня крапельки, безперечно, збільшиться.

Крапля аніліну має кулясту форму теж лише тоді, коли вона не стосується стінки скляної судини. Варто їй торкнутися стіни, як вона відразу прилипає до скла, розтягуючись по ньому і набуваючи великої загальної поверхні.

Це тим, що у разі зіткнення з твердим тілом сили зчеплення молекул рідини з молекулами твердого тіла починають відігравати істотну роль. Поведінка рідини залежатиме від того, що більше: зчеплення між молекулами рідини або зчеплення молекули рідини з молекулою твердого тіла. У разі ртуті та скла сили зчеплення між молекулами ртуті та скла малі порівняно з силами зчеплення між молекулами ртуті, і ртуть збирається у краплю.

Така рідина називається не змочуєтверде тіло. У разі ртуті і цинку сили зчеплення між молекулами рідини і твердого тіла перевищують сили зчеплення, що діють між молекулами рідини, і рідина розтікається по твердому тілу. У цьому випадку рідина називається змочуєтверде тіло.

Звідси випливає, що, говорячи про поверхню рідини, треба мати на увазі не тільки поверхню, де рідина межує з повітрям, але також і поверхню, що межує з іншими рідинами і твердим тілом.

Залежно від того, чи рідина змочує стінки судини або не змочує, форма поверхні рідини біля місця зіткнення з твердою стінкою і газом має той чи інший вигляд. У разі незмочування форма поверхні рідини біля краю кругла, опукла. У разі змочування рідина біля краю набуває увігнутої форми.

Капілярні явища

У житті ми часто маємо справу з тілами, пронизаними безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, різні будівельні матеріали, ґрунт, дерево). Приходячи в дотик із водою або іншими рідинами, такі тіла часто вбирають їх у себе. На цьому заснована дія рушника при витиранні рук, дія гніт у гасовій лампі і т. д. Подібні явища можна також спостерігати у вузьких скляних трубочках. Вузькі трубочки називаються капілярними чи волосними.

При зануренні такої трубочки одним кінцем у широку посудину в широку посудину відбувається наступне: якщо рідина змочує стінки трубки, то вона підніметься над рівнем рідини в посудині і тим вище, чим вже трубка; якщо рідина не змочує стінки, навпаки рівень рідини в трубці встановлюється нижче, ніж у широкому посудині. Зміна висоти рівня рідини у вузьких трубках або зазорах отримала назву капілярності.У широкому значенні під капілярними явищами розуміють усі явища, що зумовлені існуванням поверхневого натягу.

Висота підняття рідини в капілярних трубках залежить від радіусу каналу в трубці, поверхневого натягу та щільності рідини. Між рідиною в капілярі та в широкій посудині встановлюється така різниця рівнів h, щоб гідростатичний тиск rgh врівноважував капілярний тиск:

де s - поверхневий натяг рідини

R – радіус капіляра.

Висота підняття рідини в капілярі пропорційна її поверхневому натягу і обернено пропорційна радіусу каналу капіляра та щільності рідини (закон Жюрена)

Поняття поверхневого натягу

Поверхневим натягомназивається термодинамічна характеристика поверхні поділу фаз, визначена як робота оборотного ізотермічного утворення одиниці, що плошали цієї поверхні. Для рідини поверхневе натяг розглядається як сила, що діє на одиницю довжини контуру поверхні і прагне скоротити поверхню до мінімуму при заданих обсягах фаз.

Нафта - це нафтова дисперсна система, що складається з дисперсної фази та дисперсійного середовища.

Поверхня частинки дисперсної фази (наприклад, асоціат асфальтенів, глобула води тощо) має деякий надлишок вільної поверхневої енергії F s, пропорційної площі поверхні розділу фаз S:

Величина σ може розглядатися не тільки як питома поверхнева енергія, але і як сила, прикладена до одиниці довжини контуру, що обмежує поверхню, спрямована вздовж цієї поверхні перпендикулярно контуру і прагне стягти або зменшити цю поверхню. Ця сила зветься поверхневого натягу.

Дія поверхневого натягу можна наочно подати у вигляді сукупності сил, що стягують краї поверхні до центру.

Довжина кожної стрілочки вектора відбиває величину поверхневого натягу, а відстань з-поміж них відповідає прийнятої одиниці довжини контуру поверхні. Як розмірність величини σ однаково використовуються як [Дж/м 2 ] = 10 3 [ерг/см 2 ], так і [Н/м] = 10 3 [дин/см].

Внаслідок дії сил поверхневого натягу рідина прагне скоротити свою поверхню, і якщо вплив сили земного тяжіння незначно, рідина набуває форми кулі, що має мінімальну поверхню на одиницю об'єму.

Поверхневий натяг по-різному для різних груп вуглеводнів - максимально для ароматичних і мінімально для парафінових. Зі збільшенням молекулярної маси вуглеводнів воно підвищується.

Більшість гетероатомних сполук, маючи полярні властивості, мають поверхневий натяг нижче, ніж вуглеводні. Це дуже важливо, оскільки їх наявність відіграє значну роль в утворенні водонафтових та газонафтових емульсій та у подальших процесах руйнування цих емульсій.

Параметри, що впливають на поверхневий натяг

Поверхневий натяг істотно залежить від температури і тиску, а також від хімічного складу рідини і фази, що стикається з нею (газ або вода).

З підвищенням температури поверхневий натяг зменшується і за критичної температури дорівнює нулю. Зі збільшенням тиску поверхневий натяг у системі газ - рідина також знижується.

Поверхневий натяг нафтопродуктів може бути знайдений розрахунковим шляхом за рівнянням:

Перерахунок σ від однієї температури T 0до іншої Tможна проводити за співвідношенням:

Значення поверхневого натягу для деяких речовин.

Речовини, добавка яких до рідини зменшує її поверхневий натяг, називають поверхнево-активними речовинами(ПАР).

Поверхневий натяг нафти і нафтопродуктів залежить кількості присутніх у яких поверхнево-активних компонентів (смолистих речовин, нафтенових та інших органічних кислот тощо. п.).

Нафтопродукти з малим вмістом поверхнево-активних компонентів мають найбільше значення поверхневого натягу на кордоні з водою, з більшим вмістом – найменше.

Добре очищені нафтопродукти мають високий поверхневий натяг на кордоні з водою.

Зниження поверхневого натягу пояснюється адсорбцією ПАР на межі поділу фаз. Зі збільшенням концентрації ПАВ, що додається, поверхневий натяг рідини спочатку інтенсивно знижується, а потім стабілізується, що свідчить про повне насичення поверхневого шару молекулами ПАР. Природними поверхнево-активними речовинами, які різко змінюють поверхневий натяг нафт і нафтопродуктів, є спирти, феноли, смоли, асфальтени, різні органічні кислоти.

З поверхневими силами на межі розділу твердої та рідкої фаз пов'язані явища змочування та капілярні явища, на яких засновані процеси міграції нафти в пластах, підйом гасу та олії по гніт ламп і масляків і т. д.

Експериментальне визначення поверхневого натягу

Для експериментального визначення поверхневого натягу нафт та нафтопродуктів застосовуються різні методи.

Перший метод (а) заснований на вимірі сили, необхідної для відриву кільця поверхні розділу двох фаз. Ця сила пропорційна подвоєній силі кола кільця. При капілярному методі (б) вимірюють висоту підйому рідини капілярної трубці. Недоліком його є залежність висоти підйому рідини як від величини поверхневого натягу, а й від характеру змочування стінок капіляра досліджуваної рідиною. Більш точним різновидом капілярного методу є метод висячої краплі (в), заснований на вимірі маси краплі рідини, що відривається від капіляра. На результати вимірювання впливають щільність рідини та розміри краплі та не впливає кут змочування рідиною твердої поверхні. Цей метод дозволяє визначати поверхневий натяг у судинах високого тиску.

Найбільш поширеним та зручним способом вимірювання поверхневого натягу є спосіб найбільшого тиску бульбашок або крапель (г), що пояснюється простотою конструкції, високою точністю та незалежністю визначення від змочування.

Цей спосіб заснований на тому, що при видавлюванні пляшечки повітря або краплі рідини з вузького капіляра в іншу рідину поверхневий натяг σ на кордоні з тією рідиною, в яку випускається крапля, пропорційно до найбільшого тиску, необхідного для видавлювання краплі.

» ми стикалися з таким явищем, як крапля води (у статтях «Крапля води – як вона є» та «Скільки важить крапля води»). За кулясту форму води відповідає поверхневий натяг. Спробуємо сьогодні поговорити про фільтри для води, поверхневий натяг та здоров'я. Подивимося, чи є тут якийсь важливий (чи корисний) взаємозв'язок. А заразом подивимося відео води в невагомості.

Поверхневий натяг води та здоров'я рідко зустрічаються разом. Зазвичай зустрічаються "мінерали та здоров'я", "жива і мертва вода", "і", "окислювально-відновний потенціал і здоров'я" і так далі. Що на наш погляд, дивно 🙂

Є думка: знижений поверхневий натяг води гірше (краще) впливає на людину. І причина – фільтри для води. Бо змінюють його.

Натяг — додаток сили до чогось у різні боки. Наприклад, десять людей тягнуть простирадло в різні боки. Натяг простирадла збільшується. На простирадло навіть можна спробувати зістрибнути з висоти і не сильно вдаритися 🙂

Поверхневий натяг води – сили тягнуть поверхню у різні боки.

Виходить, що поверхневість води натягується? За рахунок чого вона натягується, що так би мовити, «тягне простирадло»? Через будову молекули води. Як ви пам'ятаєте, молекула води має позитивний та негативний полюси. Які утворюють один з одним водневі зв'язки.

В обсязі рідини молекули притягуються звідусіль, сили тяжіння врівноважені. А на поверхні – натяг йде лише «знизу». Сили не врівноважені, поверхня тягне сама себе. І коли їй не заважає сила тяжкості (наприклад, у невагомості), ця сила добивається свого, вода у невагомості перетворюється на кулю.

Інакше: молекули у прикордонному шарі, на відміну молекул у її глибині, оточені лише наполовину. Водневі зв'язки тягнуть їх усередину та натягують поверхню. Приблизно так само було б, якби наші 10 людей загорнулися в простирадло і тягнули його всередину щосили. Вони утворили б щось на кшталт кулі. Але між людьми є порожнечі, куди простирадло може залізти. А у води порожнеч немає. Ось ми і отримуємо ідеальну кулю 🙂

Якщо дуже глибоко копати: якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярного взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), треба витратити позитивну роботу зовнішніх сил, пропорційну до зміни площі поверхні. Отже, сила поверхневого натягу дорівнює силі, яка має бути прикладена, щоб збільшити площу поверхні на одиницю площі. Довідково: поверхневий натяг води 0,07286 Н/м.

Приклади поверхневого натягу з Вікіпедії:

1. У невагомості крапля набуває сферичної форми (сфера має найменшу площу поверхні серед усіх фігур однакової ємності).
2. Струмінь води «злипається» в циліндр.
3. Маленькі об'єкти з щільністю, більшої щільності рідини, здатні «плавати» на поверхні рідини, оскільки сила тяжіння менше сили, що перешкоджає збільшенню площі рідини. Так, поверхні води може плавати голка, маленька монета.
4. Деякі комахи (наприклад, водомірки) здатні пересуватися по воді, утримуючись її поверхні рахунок сил поверхневого натягу.
5. На багатьох поверхнях, які називаються незмочуваними, вода (або інша рідина) збирається в краплі.

Тепер переходимо до фільтрів та поверхневого натягу води.

Чи можуть вони мати якесь відношення до поверхневого тяжіння?

Пройдемо весь шлях води.

• Вода спочатку йде на фільтр грубої очистки, де йде пісок та інші пропорційні частинки.
• Далі найчастіше вода проходить через фільтр з активованим вугіллям. Видалено хлор (якщо він є) та органіка (якщо вугілля це може).
• Зазвичай далі зворотний осмос - напівпроникна перешкода; у склянку витікає чиста вода, інші солі тощо. зливаються у каналізацію.

На яких етапах із водою відбувається щось, що змінює її здатність триматися за себе? Тобто змінює поверхневий натяг? Якщо це і є, то на стадії зворотного осмосу, адже вода протискується крізь дуже маленькі волокна і до певної міри завихрюється.

Приблизно те саме відбувається при кипінні (теж очищення води) - обсяг води дробиться на дрібніші відносно нерухомі частини. До речі, в результаті виходить температурно активована вода. У якої, згідно з низкою дослідників, поверхневий натяг менше, ніж у вихідної води.

На жаль, точних даних, наскільки знижується поверхневий натяг під час кипіння або очищення зворотним осмосом, ми не знайшли.

Ще один приклад – електромагнітна обробка води. Тут зниження поверхневого натягу підтверджується цікавим досвідом. Так, рослини, які поливаються солонуватою водою, погано ростуть. Причина – їм складно втягувати воду із солями, солі погано випускають воду в рослину. Проте, солонувата вода після електромагнітної обробки легше проходить у рослини, і вони не настільки сильно пригнічені.

Однак, і тут чисельних даних та дослідів немає.

Тепер повертаємось до основного питання:

Чи пов'язані поверхневий натяг та здоров'я?

Знову ж таки, експериментальних даних немає. Але можна припустити теоретично на основі наших знань про поверхневе натяг води.

Так, що менше поверхневе натяг води, краще вона всмоктується в клітини (оскільки не пручається і перешкоджає поверхневе натяг). Отже, з клітин швидше виводитимуться продукти метаболізму та інші шкідливі речовини. В цілому, організм буде більш здоровий, ніж той, у якого продукти обміну речовин і отруйні речовини виводяться повільніше.

Отже висновок простий:

Якщо фільтри і зменшують поверхневий натяг, то це на здоров'я не вплине.

За матеріалами http://voda.blox.ua/

Сили тяжіння між молекулами лежить на поверхні рідини утримують від руху за її межі.

Молекули рідини відчувають сили взаємного тяжіння — насправді саме завдяки цьому рідина моментально не випаровується. На молекули всередині рідини сили тяжіння інших молекул діють з усіх боків і взаємно врівноважують одна одну. Молекули на поверхні рідини не мають сусідів зовні, і результуюча сила тяжіння спрямована всередину рідини. У результаті вся поверхня води прагне стягнутися під впливом цих сил. За сукупністю цей ефект призводить до формування так званої сили поверхневого натягу, що діє вздовж поверхні рідини і призводить до утворення на ній подібності невидимої, тонкої плугки.

Одним із наслідків ефекту поверхневого натягу є те, що для збільшення площі поверхні рідини – її розтягування – потрібно виконати механічну роботу з подолання сил поверхневого натягу. Отже, якщо рідина дати спокій, вона прагне прийняти форму, при якій площа її поверхні виявиться мінімальною. Такою формою, природно, є сфера — ось чому дощові краплі в польоті набувають майже сферичної форми (я говорю «майже», тому що в польоті краплі злегка витягуються через опір повітря). З цієї ж причини краплі води на кузові покритого свіжим воском автомобіля збираються в бусинки.

Сили поверхневого натягу використовуються у промисловості — зокрема, при виливку сферичних форм, наприклад рушничного дробу. Краплям розплавленого металу просто дають застигати на льоту при падінні з достатньої для цього висоти, і вони самі застигають у формі кульок, перш ніж впадуть у приймальний контейнер.

Можна навести багато прикладів сил поверхневого натягу у дії нашого буденного життя. Під впливом вітру лежить на поверхні океанів, морів і озер утворюється бриж, і це бриж є хвилі, у яких діюча вгору сила внутрішнього тиску води врівноважується діючою вниз силою поверхневого натягу. Дві ці сили чергуються, і на воді утворюється бриж, подібно до того як за рахунок поперемінного розтягування і стиснення утворюється хвиля в струні музичного інструменту.

Збиратиметься рідина в «намистинки» або рівним шаром розтікатися по твердій поверхні, залежить від співвідношення сил міжмолекулярної взаємодії в рідині, що викликають поверхневе натяг, і сил тяжіння між молекулами рідини і твердою поверхнею. У рідкій воді, наприклад, сили поверхневого натягу обумовлені водневими зв'язками між молекулами ( див.Хімічні зв'язки). Поверхня скла водою змочується, оскільки у склі міститься досить багато атомів кисню, і вода легко утворює гідрогенні зв'язки як з іншими молекулами води, а й атомами кисню. Якщо ж змастити поверхню скла жиром, водневі зв'язки з поверхнею не утворюватимуться, і вода збереться в крапельки під впливом внутрішніх водневих зв'язків, що зумовлюють поверхневий натяг.

У хімічній промисловості у воду часто додають спеціальні реагенти-змочувачі. сурфактанти, - Не дають воді збиратися в краплі на будь-якій поверхні. Їх додають, наприклад, рідкі миючі засоби для посудомийних машин. Потрапляючи в поверхневий шар води, молекули таких реагентів помітно послаблюють сили поверхневого натягу, вода не збирається в краплі і не залишає на поверхні брудних цяток після висихання ( див.

ВИЗНАЧЕННЯ

Поверхневий натяг- Прагнення рідини скоротити свою вільну поверхню, тобто. зменшити надлишок своєї потенційної енергії на межі розділу із газоподібною фазою.

Опишемо механізм виникнення поверхневого натягуу рідинах. Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини. Розглянемо дві молекули A та B. Молекула A знаходиться всередині рідини, молекула B – на її поверхні (рис. 1). Молекула A оточена іншими молекулами рідини рівномірно, тому сили, що діють на молекулу A з боку молекул, що потрапляють у сферу міжмолекулярної взаємодії, скомпенсовані, або, іншими словами, їх рівнодіюча дорівнює нулю. Молекула B з одного боку оточена молекулами рідини, з другого боку - молекулами газу, концентрація яких значно нижче, ніж концентрація молекул рідини. Так як з боку рідини на молекулу B діє набагато більше молекул, ніж з боку газу, рівнодіюча всіх міжмолекулярних сил вже не дорівнюватиме нулю і буде спрямована всередину об'єму рідини. Таким чином, для того, щоб молекула з глибини рідини потрапила в поверхневий шар, потрібно здійснити роботу проти некомпенсованих міжмолекулярних сил. А це означає, що молекули приповерхневого шару, в порівнянні з молекулами всередині рідини, мають надмірну потенційну енергію, яка називається поверхневою енергією.

Очевидно, чим більша площа поверхні рідини, тим більше таких молекул, які мають надмірну потенційну енергію, а значить тим більша поверхнева енергія. Цей факт можна записати у вигляді наступного співвідношення:

де поверхнева енергія рідини, площа вільної поверхні рідини та коефіцієнт пропорційності, який називається коефіцієнт поверхневого натягу.

Коефіцієнт поверхневого натягу

ВИЗНАЧЕННЯ

Коефіцієнт поверхневого натягу- це фізична величина, яка характеризує цю рідину і чисельно дорівнює відношенню поверхневої енергії до площі вільної поверхні рідини:

Одиницею виміру коефіцієнта поверхневого натягу у системі СІ є .

Коефіцієнт поверхневого натягу рідини залежить: 1) від природи рідини (у летких рідин таких, як ефір, спирт, бензин, коефіцієнт поверхневого натягу менше, ніж у нелетких - води, ртуті); 2) від температури рідини (що вище температура, тим менше поверхневий натяг); 3) від властивостей газу, що межує з цією рідиною; 4) від наявності поверхнево-активних речовин, таких як мило або пральний порошок, які зменшують поверхневий натяг. Також слід зазначити, що коефіцієнт поверхневого натягу не залежить від площі вільної поверхні рідини.

Із механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. Внаслідок поверхневого натягу рідина завжди набуває форми з мінімальною поверхнею. Якщо на рідину не діють інші сили або їх дія мало, рідина буде прагнути набувати форми сфери, як, наприклад, крапля води, мильна бульбашка. Також поводитиметься вода у невагомості. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу.

Тому коефіцієнт поверхневого натягуможна також визначити як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини контуру, що обмежує вільну поверхню рідини:

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією лише різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежать від площі поверхні рідини. Якщо покласти швейну голку на поверхню води, поверхня прогнеться і не дасть потонути. Дія сил поверхневого натягу можна пояснити ковзання легких комах таких, наприклад, як водомірки, по поверхні водойм (рис.2). Лапка водомірки деформує водну поверхню, тим самим збільшуючи її площу. Внаслідок цього виникає сила поверхневого натягу, яка прагне зменшити таку зміну площі. Рівнодійна сила поверхневого натягу буде спрямована вгору, компенсуючи при цьому силу тяжіння.

На дії сил поверхневого натягу ґрунтується принцип дії піпетки (рис.3). Крапелька, на яку діє сила тяжіння, витягується вниз, тим самим збільшуючи площу своєї поверхні. Звісно, ​​виникають сили поверхневого натягу, рівнодіюча яких протилежна напрямку сили тяжіння, і які не дають крапельці розтягуватися. При натисканні на гумовий ковпачок піпетки створюється додатковий тиск, який допомагає силі тяжіння, внаслідок чого крапля падає вниз.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

ПРИКЛАД 3