 |
Силы поверхностного натяжения.
|
|
|
|
С силами притяжения между молекулами и их подвижностью относительно друг друга связано проявление сил поверхностного натяжения. Внутри жидкость силы притяжения, действующие на одну молекулу со стороны соседних с ней молекул, взаимно компенсируются. Любая молекула, находящаяся у поверхности жидкости, взаимно притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости. Под воздействием этих сил молекулы с поверхности жидкости уходят внутрь жидкости и их число уменьшается до тех пор, пока свободная поверхность жидкости не достигнет минимального в данных условиях значения площади.
Минимальную площадь поверхности среди тел равного объёма имеет шар, поэтому при отсутствии или же при пренебрежительно малом действии внешних сил, силы поверхностного натяжения придадут объёму жидкости форму шара. Свойство жидкости сокращать площадь свободной поверхности во многих явлениях выглядит таким образом, будто жидкость покрыта тонкой упругой пленкой, стремящейся к сокращению.
| Силой поверхностного натяжения называют силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно к линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить её до минимальной площади. |
Отношение модуля силы поверхностного натяжения, действующей на границу поверхностного слоя некоторой длиной l, к этой длине есть величина постоянная.
Эту величину называют коэффициентом поверхностного натяжения.(
)
Выражается коэффициент поверхностного натяжения в ньютонах на метр (Н/м). Силы поверхностного натяжения различны у разных жидкостей. Если силы притяжения между молекулами самой жидкости больше, чем силы притяжения между молекулами поверхностного слоя жидкости и окружающей средой (например, воздухом), то для жидкости свойственно удерживать поверхность раздела сред с наименьшей площадью при данных условиях (сфера, мениск). Силы поверхностного натяжения зависят не только от свойств самой жидкости, но и от свойств вещества, с поверхностью которого происходит соприкосновение жидкости. Поскольку силы поверхностного натяжения большинства нефтепродуктов составляют примерно половину от величины силы поверхностного натяжения воды, то нефтепродукты при соприкосновении с водой будут быстро распределяться по поверхности воды, образуя тонкую пленку. На границе соприкосновения жидкости и твердого тела силы взаимодействия молекул твердого тела обычно превышают силы поверхностного натяжения самой жидкости, поэтому жидкость стремится распределиться равномерно по твердой поверхности, т.е смачивает твердую поверхность. Если же силы притяжения молекул твердого тела меньше чем силы поверхностного натяжения жидкости, то жидкость не смачивает поверхность твердого тела.
|
|
|
Капиллярные явления
Особенности взаимодействия жидкости со смачиваемыми и не смачиваемыми поверхностями твердых тел являются причиной капиллярных явлений.
Капилляром называется трубка с малым внутренним диаметром. При полном смачивании поверхности твердого тела, силу поверхностного натяжения жидкости Fн можно считать направленной вдоль поверхности твердого тела перпендикулярно к границе соприкосновения твердого тела и жидкости (см. рис. 6.).
Fн
 |
h
 |
Рис.6 Иллюстрация капиллярных явлений
В этом случае подъём жидкости вдоль смачиваемой поверхности будет продолжаться до тех пор, пока сила тяжести Fт, действующая на столб жидкости высотой h не станет равной по модулю силе поверхностного натяжения Fн.
|
|
|
где 
- плотность жидкости
- коэффициент поверхностного натяжения
- радиус капилляра
- длина свободной поверхности
Отсюда получаем, что высота подъёма жидкости в капилляре обратно пропорциональна радиусу капилляра:
Вязкость
Поскольку каждая молекула имеет некоторый объём и притягивается другими молекулами, при изменении их взаимного расположения будет возникать силы сопротивления, которые называют силами внутреннего трения. Эти силы трения препятствуют трансформации жидкости (жидкость обладает текучестью, но чтобы заставить жидкость течь по трубопроводу, необходимо затратить энергию). Мерой сил внутреннего трения жидкости является вязкость. Чем выше вязкость, тем более упругой или тягучей будет жидкость. С увеличением температуры увеличивается кинетическая энергия молекул и уменьшается сила их взаимного притяжения – вязкость жидкости уменьшается.
Для определения вязкости жидкости существует много различных способов.
Наиболее известны:
· измерение вязкости в секундах по шкале Редвуда (Redwood) №1 или 2. – способ заключается в том, что измеряется время истечения 50 мл жидкости из сосуда через калиброванное отверстие. Шкала №1 используется для жидкостей с пониженной вязкостью, №2 – для жидкостей с повышенной вязкостью.
· измерение вязкости по шкале Сейболт (Saybolt) – почти то же самое, что и при использовании первого метода, с той лишь разницей, что используется 60 мл жидкости.
· измерение вязкости в градусах Энглера – определяется соотношение скорости вытекания жидкости из специального пробника со временем вытекания из пробника такого же количества воды.
Вязкость динамическая (η)– определяет силу внутреннего трения жидкости выражается в Па· с. Величина для измерения динамической вязкости называется Пуаз 1П = 0,1 Па·с, 1 сантиПуаз = 1 мПа· с
Вязкость кинематическая (ν) – определяется отношением динамической вязкости к плотности жидкости (ρ).
Кинематическая вязкость измеряется в м²/с, но более часто используется величина составляющая 10-4 от м²/с, которая называется Стокс. 1 сантистокс = 10-6 м²/с.
|
|
|
Для перевода вязкости из одних единиц измерения в другие существуют специальные таблицы.
Давление.
Для того чтобы точно определить результат воздействия силы на опору, необходимо учитывать абсолютное значение силы и площади опоры. Для этого определяют значение силы, приходящееся на единицу площади. Эта сила называется давлением, обозначается буквой р и определяется как отношение:
,
где F – это сила, действующая на поверхность площадью S.
За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью в 1 м², перпендикулярно этой поверхности. В честь французского ученого Блеза Паскаля, эта единица названа Паскалем и обозначается 1 Па = 1 Н/м².
1Па – очень малая величина, поэтому на практике используются более крупные единицы измерения давления:
1 гектопаскаль (1гПа = 100 Па),
1 килопаскаль (1кПа = 1.000 Па) или же
1 мегапаскаль (1Мпа = 1.000.000 Па = 10 бар).
|
|
|
