Проект по физике Учет и применение поверхностного натяжения (10 класс)

Выполнили ученики 10 класса МОУ СОШ №2 города Инза:Гусев Дмитрий,Лушин ДмитрийРуководитель проекта:Курушина Галина ВладимировнаПроект по физике на тему:"Учёт и применение поверхностного натяжения" Издавна люди наблюдали такое явление,как поверхностное натяжение. Его роль в жизни очень разнообразна. Осторожно положите иглу на поверхность воды. Поверхностная пленка прогнется и не даст игле утонуть. По этой же причине легкие водомерки могут быстро скользить по поверхности воды, как конькобежцы по льду. Муравей, пытающийся напиться из капли росы. Капля «сминается», но сила поверхностного натяжения не дает насекомому проникнуть в нее языком. Это вода, которая не течет, вода, которую трудно пить. Это происходит,потому что молекулы жидкости располагаются настолько близко друг к другу,что силы притяжения между ними имеют значительную величину.Взаимодействие быстро убывает при увеличении расстояния.Каждая молекула так же имеет свой радиус молекулярного действия.На каждую молекулу,находящуюся в поверхностном слое толщиной r,будет действовать сила,направленная внутрь жидкости. Переход молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой связан с необходимостью совершения работы против действующих сил в поверхностном слое.Эта работа(за счёт кинетической энергии молекул)идёт на увеличение потенциальной энергии молекулы.То есть в поверхностном слое молекулы обладают дополнительной потенциальной поверхностной энергией(Uпов.). Действие поверхностного натяжения мы можем увидеть,положив на поверхность жидкости какой-нибудь предмет. На этих фотографиях мы можем наблюдать,как монета и скрепка не тонут,а держатся на поверхности жидкости,так как сила тяготения оказывается уравновешенной силой поверхностного натяжения. Примерно по тем же причинам серфингисты держатся на поверхности воды,идя под гребнем волны,а камни,при броске,прыгают по воде. Из-за наличия действующих на молекулы в поверхностном слое сил,направленных внутрь жидкости,жидкость стремится к сокращению своей поверхности,как если бы она была заключена в упругую растянутую плёнку,стремящуюся сжаться и принять форму,при которой площадь её поверхности будет минимальной,в идеале это форма шара. Наглядными примерами этого являются мыльный пузырь и ртуть,которая не смачивает поверхность,а остаётся приближенной к форме шара,так как у неё очень большой коэффициент поверхностного натяжения. Многим,в детстве,было интересно-”Почему мыльный пузырь не лопается”? Это происходит потому,что два слоя мыла(внешний и внутренний) обволакивают слой воды,и служат “стенками”,не дающими воде собраться в капли,и разлететься. Поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. Обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ». В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Из всего выше сказанного следует следующие: Поверхностное натяжение-явление вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости. Сила поверхностного натяжения- сила ,направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения. Коэффициентом силы поверхностного натяжение служит сила,приходящаяся на единицу длины контура. В 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников , что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии (хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к шарообразным). Приведенные в журнальной статье формулы позволяли для некоторых веществ теоретически рассчитывать значения поверхностного натяжения жидкости по другим физико-химическим свойствам, например, по теплоте парообразования или по внутренней энергии. В 1985 году аналогичный взгляд на физическую природу поверхностного натяжения, как части внутренней энергии, при решении другой физической задачи был опубликован В. Вайскопфом в США. Сила поверхностного натяжения в основном измеряется с помощью динамометра. Коэффициент поверхностного натяжения находится по формуле:где F – сила поверхностного натяжения, действующая на контур L, ограничивающий поверхность жидкости. Так же мы можем рассчитать давление,создаваемое изогнутой поверхностью жидкости по формуле: где R1 и R2 – радиусы кривизны двух перпендикулярных сечений поверхности жидкости. И давление, создаваемое сферической поверхностью жидкости,по формуле Лапласа: где R – радиус сферической поверхности. Без этих сил мы не могли бы писать чернилами. Обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар;Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы;Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы губительным для растений;Пострадали бы важные функции нашего организма. Так же от поверхностного натяжения зависит то,насколько хорошо жидкость будет очищать поверхности разных предметов,будь то экран монитора или капот автомобиля.Это происходит из-за того,что при большем значение поверхностного натяжения молекулы вещества сильнее прижимают молекулы другого вещества к поверхности,на которой находятся,следовательно отчистить что-нибудь такой жидкостью будет труднее,нежели жидкостью с меньшим значением поверхностного натяжения Мы решили провести опыт,и измерить силу и коэффициент поверхностного натяжения.Цель работы: Измерить силу и коэффициент поверхностного натяжения.Приборы и материалы: Штатив,динамометр,мензурка,ёмкость,растворы.Ход работы: 1)Измерить силу поверхностного натяжения при различных условиях. 2)Рассчитать коэффициент поверхностного натяжения. 3)Выяснить от чего зависит результат. Сначала мы измерили силу и коэффициент поверхностного натяжения воды. У нас получились следующие результаты:Здесь мы можем наблюдать,как изменяются сила и коэффициент поверхностного натяжения жидкости,в зависимости от температуры.Это происходит из-за того,что с повышением температуры молекулы жидкости начинают двигаться быстрее и их энергия повышается,из-за чего в последствии сила поверхностного натяжения уменьшается.{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9t(°c) 25 30 35 40 45 50 55 60 65F(10-3 Н) 7 6,8 6,5 6,3 6,1 5,8 5,5 5,2 5σ(10-3Н/м 116,7 113,3 108,3 105 101,7 96,7 91,7 86,7 83,3 Затем мы провели опыт с растворами соли и сахара,изменяя его концентрацию.И вот что у нас получилось: Раствор сахара: Раствор соли: Здесь мы можем наблюдать,что сила и коэффициент поверхностного натяжения раствора сахара и воды,при понижение концентрации, увеличиваются,в то время,как у раствора соли и воды наоборот уменьшаются.Это происходит из-за того,что сила поверхностного натяжения сахара,находящегося в жидком состояние,меньше силы поверхностного натяжения воды.Если бы соль так же была бы в жидком состояние,то сила её поверхностного натяжения была бы больше,чем уводы.{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}%20105t(°c)303030F(10-3 Н)4,54,75σ(10-3 Н/м)757883,3{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}%20105t(°c)303030F(10-3 Н)6,154,5σ(10-3 Н/м)101,783,375 Потом мы измерили силу поверхностного натяжения мыльного раствора и раствора соды.Мы получили следующие результаты:Раствор мыла:Раствор соды:{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}%20105t(°c)303030F(10-3 Н)4,943,5σ(10-3 Н/м)81,766,756,3{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}%1573,5t(°c)303030F(10-3 Н)5,554,4σ(10-3 Н/м)91,783,373,3 Мы так же измерили силу и коэффициент поверхностного натяжения бензина и растительного масла. Бензин: Растительное масло::{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}t(°c)8F(10-3 Н)3σ(10-3 Н/м)50{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}t(°c)25F(10-3 Н)3,5σ(10-3 Н/м)58,3 В ходе лабораторной работы мы узнали,что такие факторы,как температура и концентрация могут сильно влиять на силу и коэффициент поверхностного натяжения того или иного вещества.Во время опытов,мы производили замеры с помощью динамометра методом отрыва петли.Так же можно использовать методы поднятия жидкости в капилляре и отрыва капель. Поверхностное натяжение в основном применяется в физике и химической промышленности,где в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели —сурфактанты, — не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности. Их добавляют, например, в жидкие моющие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности грязных крапин после высыхания ЗаключениеПри работе над проектом мы достаточно глубокоизучили теорию поверхностного натяжения жидкостей,практически исследовали зависимость поверхностного натяжения от различных параметров.Полученные знания помогут нам при сдаче ЕГЭ по физике.