4. Практична частина

В існуванні сил поверхневого натягу можна переконатися на простих дослідах. Якщо опустити в мильну воду дротяне кільце, то воно затягується мильною плівкою – тонким шаром рідини. Покладемо на цю плівку невелику петельку з шовкової нитки і проткнемо плівку в області охопленій петелькою. Відразу ж оточуюча петельку мильна плівка, діючи на всі її елементи з однаковою силою, розтягне її і надасть їй форму кола.

Розглянутий приклад показує, що поверхневий шар рідини завжди знаходиться в стані натягу, ніби рідина міститься всередині натягнутої пружної плівки.

Щоб дати кількісну оцінку сили Фото 1 поверхневого натягу її відносять до одиниці довжини лінії, розміщеної на поверхні. Цю величину називають коефіцієнтом поверхневого натягу:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює відношенню сили поверхневого натягу F, яка діє на межу поверхневого шару , до цієї довжини; σ (сігма) – величина стала і не залежить від довжини . В системі СІ ця величина виражається в ньютонах на метр (Н/м).

Із підвищенням температури рідини збільшується середня відстань між її частинками, а отже сили молекулярного притягання зменшуються. Це означає, що поверхневий натяг залежить від температури. Дослід показує, що з підвищенням температури рідини поверхневий натяг зменшується і за умови критичної точки, коли густина рідини і пари однакова, поверхневий натяг дорівнює нулю.

Поверхневий натяг істотно залежить від домішок до рідин. Речовини, які послаблюють поверхневий натяг рідини, називають поверхнево-активними. Найбільш відомою поверхнево-активною для води є мило. Воно сильно зменшує її поверхневий натяг (приблизно з 7,5х10 до 4,5х10 Н/м). Зменшують його також ефіри, спирти, нафта і багато інших рідких і твердих речовин. З молекулярної точки зору вплив поверхнево-активних речовин пояснюється тим, що сили притягання між молекулами самої рідини більші за сили притягання між молекулами рідини і домішок. Тому молекули рідини, розміщені у поверхневому шарі, з більшою силою втягуються всередину рідини, ніж молекули домішок. В наслідок цього молекули рідини переходять з поверхневого шару вглиб її, а молекули поверхнево-активної речовини витісняються на поверхню [6].

Також, поверхневий натяг рідини залежить від густини.

4.1. Залежність поверхневого натягу від температури, домішок та густини

Доведемо залежність поверхневого натягу від температури, домішок та густини за допомогою досліду. Цей дослід дуже простий. Його можна виконувати, навіть, в домашніх умовах.

Для проведення досліду знадобиться таке обладнання: крапельниця; склянка з водою температурою 18°С (фото 2); склянка з водою, яка має температуру 50°С; склянка з солоною водою; склянка з підфарбованим спиртом.

Для знаходження коефіцієнту поверхневого натягу відома формула . Оскільки сила натягу (Fн.) протидіє силі тяжіння (Fт.), то коефіцієнт поверхневого натягу можна визначити за формулою . Відомо, що Fт.=mg, m можна розрахувати за формулою . Об’єм легко знайти, густина вказана в таблиці. Тоді за останньою формулою можна знайти Фото 2 масу води, яку прокапаємо через крапельницю, а для того, щоб знайти об’єм однієї краплини, треба масу всієї рідини поділити на кількість крапель (mк.=m/N). Довжина розраховує-ться за формулою . Тоді коефіцієнт поверхневого натягу можна знайти за наступною формулою

,

де N=40.

Фото 3

Прокапавши кожну суміш зробимо розрахунки:

Зробивши розрахунки знайшли коефіцієнт поверхневого натягу. Тепер дані цього досліду занесемо в таблицю 1, де нумерація речовин відповідає нумерації речовин у стаканчиках на фото 3.

Таблиця 1. Експериментальні данні знаходження поверхневого натягу для різних речовин

№	Речовина	t , °C	d, м	g, Н/кг	ρ, кг/м3	V, м3	N	σ, Н/м
1.	Чиста вода	18	0,4∙10-3	9,8	1000	39∙10-8	40	0,075
2.	Спирт підфарбований	18			790	15∙10-5		0,022
3.	Чиста вода	50			1000	35∙10-5		0,068
4.	Солона вода (домішки)	18			1030	34∙10-7		0,067

Порівнявши знайдені значення коефіцієнту поверхневого натягу добре видно, що він змінюється. Отже по даним таблиці 1 видно, що при збільшені температури, при додаванні певних домішок та при зменшені густини коефіцієнт поверхневого натягу зменшується.