Поверхневий натяг і деякі властивості рідин

На поверхні поділу рідини і її насичуючої пари виникає сила, зумовлена різною молекулярною взаємодією суміжних середовищ (Рис.1).

Кожна молекула, розміщена всередині об’єму рідини, рівномірно оточена сусідніми молекулами і взаємодіє з ними, а рівнодійна цих сил дорівнює нулю. В поверхневому шарі в наслідок неоднорідності оточення на молекулу діє сила R, не скомпенсована силами з боку інших молекул рідини. Внаслідок цього рідина в поверхневому шарі перебуває в розтягнутому напруженому стані. Густина рідини в цьому шарі менша, ніж усередині. Молекули поверхневого шару перебувають на більших відстанях одна від одної, ніж молекули всередині рідини, тому їх потенціальна енергія більша, ніж в інших молекул. Різницю між потенціальними енергіями молекул усередині рідини та молекул у її поверхневому шарі називають поверхневою енергією.

Відношення поверхневої енергії U_n будь-якої частини поверхні рідини до площі S цієї поверхні називається коефіцієнтом поверхневого натягу : σ =

Явище виникнення сил, що перешкоджають збільшенню площі вільної поверхні рідини: F= l

l – довжина границі поверхневого шару,

σ - коефіцієнт поверхневого натягу,

F – сила поверхневого натягу.

Рідина може змочувати тверде тіло і може не змочувати тверде тіло. Якщо сили взаємодії молекул твердого тіла і молекул рідини більші від сил взаємодії між молекулами рідини, то рідина змочує тверде тіло (ртуть-залізо). У противному разі рідина не змочує твердого тіла (ртуть-скло).

Викривлену поверхню рідини у вузьких циліндричних трубах або біля стінок посудини називають меніском. Коли рідина змочує поверхню – меніск угнутий, коли не змочує – опуклий. Викривлення меніска відбувається в тонких трубках, які називаються капілярами. Змочуюча рідина, густина якої піднімається вкапілярах на висоту h над загальним рівнем рідини: h= , де r – радіус капіляра.