Научно-исследовательская работа по теме Поверхностное натяжение.

Главное управление образования мэрии города НовосибирскаДворец творчества детей и учащейся молодежи “Юниор”Открытый городской конкурс исследовательских проектов учащихся 5-8 классов Направление: естественнонаучный проектПоверхностное натяжение жидкостей.Автор: Алексей РомановМБОУ СОШ №99, 8 класс, Центральный район, г. Новосибирска.Консультант проекта: Дмуха Людмила Викторовна, учитель физики высшей квалификационной категории.Контактный телефон руководителя: 89059379565г. Новосибирск, 2013 Содержание:1. Вступление.2. Физические основы сил поверхностного натяжения.3. Проявления сил поверхностного натяжения в природе и технике.4. Практическая часть. Опыт Плато.5. Выводы.6. Литература. Я занялся исследованием явления поверхностного натяжения, потому что меня весьма заинтересовало его проявления в природе. Я задался вопросом почему некоторые насекомые не тонут в воде, а остаются на ее поверхности, почему на водоемах образуются волны и рябь, почему капля при падении или в невесомости принимает сферическую форму. Узнав о существовании поверхностного натяжения многие непонятные для меня вещи в природе и жизни человека, связанные с этим явлением стали вполне объяснимы. И я решил точно изучить, провести некоторые эксперименты и узнать о людях, которые когда-то занимались изучением этого явления. Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения — на самом деле, именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри жидкости силы притяжения других молекул действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и результирующая сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. По совокупности этот эффект приводит к формированию так называемой силы поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней подобия невидимой, тонкой и упругой пленки. Если силы притяжения молекул жидкостей меньше сил притяжения молекул жидкости к поверхности твердого тела, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. Если же силы взаимодействия молекул жидкости и молекул твердого тела меньше силы взаимодействия между молекулами жидкости, то жидкость не смачивает тело.Поверхностное натяжение – термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз.Поверхностное натяжение измеряется в Ньютонах на метр.Обозначается : N/m Температурный коэффициент поверхностного натяжения, имеющий отрицательное значение, остается постоянным вдали от критической температуры. При температуре, близкой к критической, поверхностное натяжение резко снижается вплоть до нуля. Следует отметить, что такая зависимость справедлива только для чистых жидкостей, тогда как для растворов наряду с изменением поверхностного натяжения возможно изменение концентрации растворенного вещества в поверхностном слое, что приведет к вторичным эффектам, способным вызвать повышение поверхностного натяжения. Полная внутренняя энергия при изменении температуры вдали от критической остается практически неизменной. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша.От чего зависит изменение коэффициента поверхностного натяжения. Ученый , работавший над поверхностным натяжением, Лоранд Этвёш — сын известного венгерского писателя, политика и публициста Йозефа Этвёша. Учился в Будапештском, Кёнигсбергском и Гейдельбергском университетах (окончил в 1870). С 1871 года работал в Будапештском университете(с 1872 года профессор). В 1894—1895 годах был министром просвещения Венгрии. В 1891 году основал математическое и физическое общества Венгрии и был их первым президентом. Имя Этвёша присвоено Будапештскому университету, благодаря обнаруженному им экспериментально эффекту изменения веса тел на движущихся относительно земли объектах (из-за вращения Земли) и единице измерения градиента ускорения свободного падения. Исследования Лоранда Этвёша посвящены молекулярной физике, гравитации, геофизике. В 1886 году Этвёш установил зависимость молекулярной поверхностной энергии (силы поверхностного натяжения) от температуры. Роль поверхностных явлений в жизни живой природы очень разнообразна. Например, поверхностная пленка воды является опорой при движении для многих организмов. Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабр, подвешиваются снизу у поверхностей пленки воды с помощью несмачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Этим пользуются личинки комаров. Паук-серебрянка может строить свой под водой, и выглядит он как воздушный колокол. Силы поверхностного натяжения используются в промышленности — в частности, при отливке сферических форм, например, ружейной дроби. Каплям расплавленного металла просто дают застывать на лету при падении с достаточной для этого высоты, и они сами застывают в форме шариков, прежде чем упадут в приемный контейнер. Можно привести много примеров сил поверхностного натяжения в действии из нашей будничной жизни. Под воздействием ветра на поверхности океанов, морей и озер образуется рябь, и эта рябь представляет собой волны, в которых действующая вверх сила внутреннего давления воды уравновешивается действующей вниз силой поверхностного натяжения. Две эти силы чередуются, и на воде образуется рябь, подобно тому как за счет попеременного растяжения и сжатия образуется волна в струне музыкального инструмента.Проявления сил поверхностного натяжения в природе и технике. Видели вы когда-будь растекающуюся по поверхности воды камфару или олеиновую кислоту?Эти вещества принадлежат к поверхностно-активным веществам (ПАВ), они способны образовывать пленки на поверхности воды.Молекулы таких веществ состоят из двух частей: неполярные (например, состоящий из углеводородных радикалов) и полярные. «Отношения» полярных и неполярных групп с молекулами воды складываются по-разному, что обусловлено строением молекул воды. Молекулы воды охотно вступают в взаимодействие с полярными молекулами. Вещества, в которых оно преобладают, гидрофильные – «любят воду». С неполярными молекулами или группами молекул молекулы воды контактируют неохотно: молекулы воды сильнее притягиваются друг к другу, чем к ним, последние как-бы отталкиваются от молекул воды – «боятся» ее. Такие вещества состоящие из неполярных молекул – гидрофобные, вода плохо смачивает их и слабо растворяет. У поверхностно-активных веществ молекулы состоят из двух частей – гидрофобных, гидрофильных. Гидрофильная часть этих молекул обуславливает распределение вещества по поверхности воды – полярные части молекул вступают в электростатическое взаимодействие с молекулами воды, они как бы «купаются» в воде. Гидрофобная часть молекул, «отталкиваясь» от молекул воды, выносят вещество на поверхность – эти части молекул как бы «торчат» над водой. Между частями молекул ПАВ, должно быть определенное соотношение, то есть гидрофобно-гидрофильный баланс. Если гидрофильная часть слабее гидрофобной, то молекулы вещества не будут образовывать пленки на поверхности воды и соберутся в капли, подобно каплям жира на поверхности бульона. В обратном случае, вещество будет растворятся в воде, не будет выталкиваться водой на поверхность, то есть не будет обладать поверхностной активностью. Многие обитатели озер приспособлены к использованию гидрофобности или гидрофильности веществ. Утка, сколько бы не ныряла за кормом, остается сухой – она регулярно смазывает перья гидрофобным веществом – жиром. Шустрые водомерки и береговые пауки обуты в гидрофобные «башмачки» - их ноги не прокалывают воду, а только прогибают ее. Практическая часть - опыт Плато.Для проведения этого эксперемента мне понадобились:Растительное и касторовое масла.Зеленка.Пробирка.Шприц. Сначала я налил приблизительно 80 мл касторового масла , затем долил еще 80 мл растительного, в результате чего получился раствор с переменной плотностью вещ-ва. После чего с помощью шприца я ввел несколько капель зеленки в верхний слои растительного масла. Вскоре капля опустилась до границы касторового и растительного масел, так как у первого плотность немного больше, чем у второго и зеленки. В результате капля приняла сферическую форму. Вывод: Когда капля зависла на границе обоих масел она приняла сферическую форму, то есть фигуру с наименьшей площадью, так как ее молекулы притягиваются друг к другу, на нее действуют силы поверхностного натяжения. Практически, капля как будто была в невесомости, потому, что сила тяжести и архимедова сила были примерно одинаковы. При воздействии на каплю можно было наблюдать ее колебания. В заключение, хотелось бы сказать, что основным принципом действия сил поверхностного натяжения является силы межмолекулярного притяжения.Именно поэтому образуется пленка, благодаря которой жидкость моментально не улетучивается и сохраняет свою определенную структурную целостность.Поэтому капля зеленки в масле принимает сферическую форму, а водомерка не тонет на поверхности воды. Используемая литература.В.Р. Ильченко. Перекрестки физики, химии и биологии.О.Ф. Кабардин. Физика.Г.Н. Степанова. Физика 8 класс.