Модель строения жидкости конспект

Обновлено: 07.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

План-конспект занятия

по Естествознанию (физика).

филиала государственного бюджетного профессионального образовательного учреждения Уфимский колледж индустрии питания и сервиса г. Салават Республики Башкортостан

Разработал: Салмиярова Л. М.

Проверил: Мухаметшина А. Н.

ФИО руководителя практики

Тема урока: Модель жидкости. Поверхностное натяжение и смачивание.

Дисциплина: Естествознание (физика).

Преподаватель: Салмиярова Лилия Маратовна.

Курс I , группа № 7, профессия: повар, кондитер.

Тип урока: комбинированный.

Цель урока: выяснить причину возникновения силы поверхностного натяжения. Повторить явления смачивания. Научиться определять коэффициент поверхностного натяжения методом отрыва капель.

• образовательные: повторить свойства жидких тел; дать понятие о силах действующих в верхних слоях жидкости; ознакомить студентов с практическим применением поверхностного натяжения жидкости, сформулировать принципы смачивания и несмачивания;

• развивающие: развивать умение студентов сравнивать и делать выводы; выполнять лабораторную работу исследовательского характера; развивать навыки самостоятельности;

• воспитательные: с формировать научное мировоззрение у студентов и интереса к физике.

Планируемые результаты:

• личностные: готовность самостоятельно добывать новые для себя естественнонаучные знания с использованием для этого доступных источников информации; умение управлять своей познавательной деятельностью, проводить самооценку уровня собственного интеллектуального развития; умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач в области естествознания;

• метапредметные: овладение умениями и навыками различных видов познавательной деятельности для изучения разных сторон окружающего естественного мира; умение определять цели и задачи деятельности, выбирать средства для их достижения на практике;

• предметные: владение знаниями о свойствах жидких тел, силах поверхностного натяжения, о явлении смачивания; сформированность умения применять естественно-научные знания для объяснения окружающих явлений, сохранения здоровья, обеспечения безопасности жизнедеятельности, бережного отношения к природе, рационального природопользования, а также выполнения роли грамотного потребителя.

Формируемые компетенции:

ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам.

ОК 02. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности.

ОК 04. Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами.

ОК 05. Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке с учетом особенностей социального и культурного контекста.

Оборудование: медиа оборудование для демонстрации презентации и видео , стаканы: с водой, с мыльной водой, монеты, проволочный каркас с ненатянутой нитью, шприцы (все это в 15 экземплярах), демонстрационный столик.

Технологическая карта урока

наименование этапа урока

дидактическая задача этапа

содержание этапа

используемые методы и приёмы

деятельность преподавателя

деятельность студентов

Создание у студентов рабочего настроя на урок. Проверка посещаемости.

Фронтальная беседа со студентами

Даёт инструкции для подготовки к уроку. Обеспечивает студентов всем необходимым для урока.

Готовятся к уроку. Слушают преподавателя.

Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности студентов

Осознание студента-ми неполноты име-ющихся знаний; организация само-стоятельное форму-лирование проблемы и постановку цели.

Демонстрационный опыт с полным водой стаканом и монетами. Демонстрация видео с вопросами о воде.

Создание проблемной ситуации.

Демонстрирует опыт. Задает проблемный вопрос: Сколько монет необходимо, чтобы вода пролилась? Обращает внимание на поверхность воды, принимаемую форму.

Помогает формулировать тему урока, цели и задачи урока.

Наблюдают опыт, делают предположения. Смотрят видео. Пытаются сформу-лировать тему урока, цели и задачи урока.

Вызвать познаватель-ный интерес к проблеме

Актуализация знаний студентов о структуре воды и ее свойствах

1. Какие агрегатные состояния вещества вы знаете?

2. В чем заключаются особенности строения жидкости?

3. Какие свойства жидкости вы можете назвать?

Отвечают на вопросы

Изучение нового материала

Ознакомить студентов с новыми понятиями

Сила поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения. Смачивание. Применение явлений в природе, жизни человека, профессии

Беседа, объясне-ние нового мате-риала с проведе-нием фронталь-ных опытов

1. Поверхностное натяжение. Проблемный вопрос студентам: Почему вода не проливается? Почему поверхность воды принимает форму шляпки гриба?

Показ видео. Пояснение преподавателя с использованием презентации.

Вопрос: мы пришли к выводу, что жидкость стремится сократить площадь свободной поверхности. А можно ли это проверить?

Фронтальный опыт 1.

Мы узнали, что на поверхности воды действует сила поверхностного натяжения. А куда она направлена?

Фронтальный опыт 2.

Механизм возникновения поверхностного натяжения, коэффициент поверхностного натяжения – объяснение с использованием презентации.

Смачиваемость. Проверка домашнего задания, объяснение с использованием презентации.

Название работы: Модель строения жидкости. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха

Категория: Конспект урока

Предметная область: Педагогика и дидактика

Описание: Основным свойством жидкости отличающим её от других агрегатных состояний является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений даже сколь угодно малых практически сохраняя при этом объём.

Дата добавления: 2015-02-11

Размер файла: 97.31 KB

Работу скачали: 48 чел.

1 Модель строения жидкости

Жи́дкость одно из агрегатных состояний вещества . Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом : газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.

Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии.

Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур , ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние стекло ), выше в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления .

Все жидкости принято делить на чистые жидкости и смеси . Некоторые смеси жидкостей имеют большое значение для жизни: кровь , морская вода и др. Жидкости могут выполнять функцию растворителей .

Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу , то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится.

В отличие от пластичных твёрдых тел, жидкость не имеет предела текучести : достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.

Жидкости обычно увеличивают объём (расширяются) при нагревании и уменьшают объём (сжимаются) при охлаждении. Впрочем, встречаются и исключения, например, вода сжимается при нагревании, при нормальном давлении и температуре от 0 °C до приблизительно 4 °C.

Кроме того, жидкости (как и газы) характеризуются вязкостью . Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной из частей относительно другой то есть как внутреннее трение.

Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением . Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую энергию хаотического движения молекул.

Жидкость в сосуде, приведённая в движение и предоставленная самой себе, постепенно остановится, но её температура повысится. В паре, подобно газу, можно почти не учитывать сил сцепления и рассматривать движение как свободный полет молекул и соударение их друг с другом и с окружающими телами (стенками и жидкостью, покрывающей дно сосуда). В жидкости молекулы, как и в твердом теле, сильно взаимодействуют, удерживая друг друга. Однако, в то время как в твердом теле каждая молекула сохраняет неограниченно долго определенное положение равновесия внутри тела и движение ее сводится к колебанию около этого равновесного положения, характер движения в жидкости иной. Молекулы жидкости движутся гораздо свободнее, чем молекулы твердого тела, хотя и не так свободно, как молекулы газа. Каждая молекула в жидкости в течение некоторого времени движется то туда, то сюда, не удаляясь, однако, от своих соседей. Это движение напоминает колебание молекулы твердого тела около положения равновесия. Однако время от времени молекула жидкости вырывается из своего окружения и переходит в другое место, попадая в новое окружение, где опять в течение некоторого времени совершает движение, подобное колебанию.

2 Насыщенные и ненасыщенные пары и их свойства

Над свободной поверхностью жидкости всегда имеются пары этой жидкости. Если сосуд с жидкостью не закрыт, то концентрация частиц пара при постоянной температуре может изменяться в широких пределах в сторону уменьшения и в сторону увеличения.

Процесс испарения в замкнутое пространство (закрытый сосуд с жидкостью) может при данной температуре происходить только до определенного предела . Это объясняется тем, что одновременно с испарением жидкости происходит конденсация пара. Сначала число молекул, вылетающих из жидкости за 1 с, больше числа молекул, возвращающихся обратно, и плотность, а значит, и давление пара растет. Это приводит к увеличению скорости конденсации. Через некоторое время наступает динамическое равновесие, при котором плотность пара над жидкостью становится постоянной.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Пар, который не находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Опыт показывает, что ненасыщенные пары подчиняются всем газовым законам , и тем точнее, чем дальше они от насыщения Для насыщенных паров характерны следующие свойства:

плотность и давление насыщенного пара при данной температуре это максимальные плотность и давление, которые может иметь пар при данной температуре;
плотность и давление насыщенного пара зависят от рода вещества. Чем меньше удельная теплота парообразования жидкости, тем быстрее она испаряется и тем больше давление и плотность ее паров;
давление и плотность насыщенного пара однозначно определяются его температурой (не зависят от того, каким образом пар достиг этой температуры: при нагревании или при охлаждении);
давление и плотность пара быстро возрастают с увеличением температуры (рис. 1, а, б).

Опыт показывает, что при нагревании жидкости уровень жидкости в закрытом сосуде понижается. Следовательно, масса и плотность пара возрастают. Более сильное увеличение давления насыщенного пара по сравнению с идеальным газом (закон Гей-Люссака не применим к насыщенному пару) объясняется тем, что здесь происходит рост давления не только за счет роста средней кинетической энергии молекул (как у идеального газа), но и за счет увеличения концентрации молекул;

при постоянной температуре давление и плотность насыщенного пара не зависят от объема. На рисунке 2 для сравнения приведены изотермы идеального газа (а) и насыщенного пара (б).

Опыт показывает, что при изотермическом расширении уровень жидкости в сосуде понижается, при сжатии повышается, т.е. изменяется число молекул пара так, что плотность пара остается постоянной.

3 Влажность воздуха

Воздух, содержащий водяные пары, называют влажным . Для характеристики содержания водяного пара в воздухе вводят ряд величин: абсо лютную влажность, упругость водяного пара и относительную влажность.

Абсолютной влажностью ρ воздуха называют величину, численно равную массе водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха (т.е. плотность водяного пара в воздухе при данных условиях).

Упругость водяного пара p это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе. В СИ единицами абсолютной влажности и упругости являются соответственно килограмм на кубический метр (кг/м 3 ) и паскаль (Па).

Если известна только абсолютная влажность или упругость водяного пара, еще нельзя судить, насколько сух или влажен воздух. Для определения степени влажности воздуха необходимо знать, близок или далек водяной пар от насыщения.

Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к плотности ρ 0 насыщенного пара при данной температуре (или отношение упругости водяного пара к давлению p 0 насыщенного пара при данной температуре):

Чем меньше относительная влажность, тем дальше пар от насыщения, тем интенсивнее происходит испарение. Давление насыщенного пара p 0 при заданной температуре величина табличная. Упругость водяного пара (а значит, и абсолютную влажность) определяют по точке росы.

При изобарном охлаждении до температуры t p пар становится насыщенным и его состояние изобразится точкой В . Температуру t p , при которой водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы . При охлаждении ниже точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса, запотевают окна.

4 Измерение влажности воздуха

Для измерения влажности воздуха используют измерительные приборы гигрометры. Существуют несколько видов гигрометров, но основные: волосной и психрометрический.

Так как непосредственно измерить давление водяных паров в воздухе сложно, относительную влажность воздуха измеряют косвенным путем.

Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса ( человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится.

Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.

Более точным гигрометром является гигрометр психрометрический психрометр
( по др. гречески "психрос" означает холодный).
Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения.
Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.

В психрометре есть два термометра . Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.

Точку росы определяют с помощью гигрометров. Конденсационный гигрометр представляет собой металлическую коробку А , передняя стенка К которой хорошо отполирована (рис. 2) Внутрь коробки наливают легко испаряющуюся жидкость эфир и вставляют термометр. Пропуская через коробку воздух с помощью резиновой груши Г , вызывают сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробки. По термометру замечают температуру, при которой появляются капельки росы на полированной поверхности стенки К . Давление в области, прилегающей к стенке, можно считать постоянным, так как эта область сообщается с атмосферой и понижение давления за счет охлаждения компенсируется увеличением концентрации пара. Появление росы указывает, что водяной пар стал насыщенным. Зная температуру воздуха и точку росы, можно найти парциальное давление водяного пара и относительную влажность.

5 Задачи для самостоятельного решения

На улице идет холодный осенний дождь. В каком случае быстрее высохнет белье, развешенное на кухне: когда форточка открыта, или когда закрыта? Почему?

Влажность воздуха равна 78%, а показание сухого термометра равно 12 °С. Какую температуру показывает влажный термометр? (Ответ: 10 °С.)

Разность в показаниях сухого и влажного термометров равна 4 °С. Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания сухого и влажного термометра? (Ответ: t c -l9 °С, t m = 10 °С.)

Жидкость — вещество в состоянии, промежуточном между твердым и газообразным. Это агрегатное состояние вещества, в котором молекулы (или атомы) связаны между собой настолько, что это позволяет ему сохранять свой объем, но недостаточно сильно, чтобы сохранять и форму.

Свойства жидкостей.

Жидкости легко меняют свою форму, но сохраняют объем. В обычных условиях они принимают форму сосуда, в котором находятся.

Поверхность жидкости, не соприкасающаяся со стенками сосуда, называется свободной поверхностью. Она образуется в результате действия силы тяжести на молекулы жидкости.

Строение жидкостей.

Тема: Модель строения жидкостей. Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.

Цели: познакомить учащихся со свойствами поверхностного слоя жидкости; сформировать понятие о коэффициенте поверхностного натяжения; познакомить учащихся с капиллярными явлениями; совершенствовать навыки учащихся проводить эксперименты; наблюдать явления и делать выводы.

Ход занятия.

1. Организационный момент.

Готовность студентов к уроку. Приветствие студентов .

2. Знакомство аудитории с темой и целью занятия.

3. Актуализация знаний.

· Как называется процесс перехода из газообразного состояния вещества в жидкое?

· Какое название носит обратный процесс?

· От каких факторов зависит скорость испарения жидкости?

· Какой пар называют насыщенным?

· Почему давление насыщенного пара не зависит от объема?

· Какой пар называется ненасыщенным?

· Какую температуру называют критической?

· Какой процесс называется кипением.

· Почему температура остается постоянной в процессе кипения?

· Как температура кипения зависит от давления воздуха над жидкостью?

4. Изучение нового материала.

1. Модель строения жидкостей .

Жи́дкость — одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Рис.1

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние — стекло), выше — в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления.

Все жидкости принято делить на чистые жидкости и смеси. Некоторые смеси жидкостей имеют большое значение для жизни: кровь, морская вода и др. Жидкости могут выполнять функцию растворителей.

Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится. В отличие от пластичных твёрдых тел, жидкость не имеет предела текучести: достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.

Одним из характерных свойств жидкости является то, что она имеет определённый объём (при неизменных внешних условиях). Жидкость чрезвычайно трудно сжать механически, поскольку, в отличие от газа, между молекулами очень мало свободного пространства. Давление, производимое на жидкость, заключенную в сосуд, передаётся без изменения в каждую точку объёма этой жидкости (закон Паскаля, справедлив также и для газов). Эта особенность, наряду с очень малой сжимаемостью, используется в гидравлических машинах. Жидкости обычно увеличивают объём (расширяются) при нагревании и уменьшают объём (сжимаются) при охлаждении. Впрочем, встречаются и исключения, например, вода сжимается при нагревании, при нормальном давлении и температуре от 0 °C до приблизительно 4 °C. Кроме того, жидкости (как и газы) характеризуются вязкостью. Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной из частей относительно другой — то есть как внутреннее трение.

2. Поверхностное натяжение.

Поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами. Молекулы жидкости в этом слое находятся в непосредственной близости от другой фазы – газа. Молекула, расположенная вблизи границы раздела жидкость – газ, имеет ближайших соседей только с одной стороны, поэтому сложение всех сил, действующих на эту молекулу, дает равнодействующую, направленную внутрь жидкости. Следовательно, любая молекула жидкости, находящаяся вблизи свободной поверхности, имеет избыток потенциальной энергии, по сравнению с молекулами, находящимися внутри.

Для того чтобы перевести молекулу из объема жидкости на поверхность, необходимо совершить работу. При увеличении поверхности определенного объема жидкости внутренняя энергия жидкости увеличивается. Эта составляющая внутренней энергии пропорциональна площади поверхности жидкости и называется поверхностной энергией. Величина поверхностной энергии зависит от сил молекулярного взаимодействия и количества ближайших соседних молекул. Для различных веществ поверхностная энергия принимает разные значения. Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади: Е= σ ·Ѕ

Величина силы F, действующей на единицу длины границы поверхности, определяет поверхностное натяжение жидкости: ; σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м.

Проще всего уловить характер сил поверхностного натяжения, наблюдая образование капли у неплотно закрытого крана. Всмотритесь внимательно, как постепенно растет капля, образуется сужение - шейка и капля отрывается. Поверхностный слой воды ведет себя, как растянутая эластичная пленка.

Можно осторожно положить швейную иглу на поверхность воды. Поверхностная пленка прогнется и не даст игле утонуть.

По этой же причине легкие насекомые – водомерки могут быстро скользить по поверхности воды. Прогиб пленки не позволяет выливаться воде, осторожно налитой в достаточно частое решето.Ткань – это то же решето, образованное переплетением нитей. Поверхностное натяжение сильно затрудняет просачивание воды сквозь нее, и поэтому ткань не промокает мгновенно. Благодаря силам поверхностного натяжения происходит образование пены.

Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление Δp. Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе разреза длиной 2πR и сил избыточного давления, действующих на площадь πR 2 сечения . Условие равновесия записывается в виде

σ2πR = ΔpπR 2 .

Отсюда избыточное давление внутри капли равно

(капля жидкости).

Сечение сферической капли жидкости

Избыточное давление внутри мыльного пузыря в два раза больше, так как пленка имеет две поверхности:

Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь). Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ, характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол θ называется краевым углом . Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол θ оказывается тупым (рис. 3.5.5). В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкостей

4. Капиллярные явления.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.

На рис. 3.5.6 изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности ρ. Верхний конец капилляра открыт. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей F_н сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: F_т = F_н, где F_т = mg = ρhπr 2 g, F_н = σ2πr cos θ.

Подъем смачивающей жидкости в капилляре

При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1. В этом случае

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h

Вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла. Наоборот, ртуть полностью не смачивает стеклянную поверхность. Поэтому уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже уровня в сосуде.

Кристаллическая решетка– это упорядоченное расположение атомов или молекул в определенных точках пространства.

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости – это величина равная работе, которую необходимо совершить, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу.

Угол смачивания – это угол, образованный поверхностью жидкости с поверхностью твердого тела, откладываемый внутри жидкости.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

4. Я.И. Перельман Занимательная физика. - М.: “Наука”, 1991.- С. 51 - 54

5. А.К. Кикоин О силах поверхностного натяжения. Квант. – 1983. - №12 – С. 27 - 28

Основное содержание урока

Каковы главные особенности в строении жидкости и твердого тела, которые отражаются на различии их физических свойств. Главными признаками при сравнении жидкости и твердого тела являются упорядоченность в расположении частиц и расстояния между ними.

В разных условиях одни и те же вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом состояниях. При этом одни и те же молекулы одного и того же вещества по-разному движутся и взаимодействуют друг с другом.

В модели кристаллов молекулы совершают только колебательные движения около точек, которые называются узлами кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка – это упорядоченное расположение упорядоченное расположение определенных точках пространства.

Фаза – это равновесное состояние вещества, отличающееся по своим физическим свойствам от других состояний. Переход от одной фазы вещества к другой сопровождается изменением внутренней энергии системы.

Одно и то же вещество в твёрдом и жидком состояниях может иметь по нескольку различных фаз.

Твердые тела характеризуются высокой механической прочностью.

По сравнению с твердыми телами жидкости характеризуются большой подвижностью молекул, и как следствие, меньшей упорядоченностью молекул и их слабым взаимодействием.

Кроме кристаллов к твёрдым телам относя аморфные и жидкие кристаллы.

Аморфные тела – это твёрдые тела, в которых соблюдается только ближний порядок в расположении частиц и отсутствует определенная температура плавления. ряд явлений, присущих только жидкому состоянию вещества.

Среди свойств жидкости особую роль играют такие свойства, как поверхностное натяжение и смачивание. Молекулы поверхностного слоя жидкости находятся в условиях, отличающихся от условий существования молекул внутри её объёма.

На каждую молекулу поверхностного слоя действует результирующая сила со стороны остальных молекул, направленная вовнутрь жидкости. Таким образом, жидкость как будто находится под натянутой пленкой.

Поэтому, если жидкость оказывается без стенок сосуда и в условиях невесомости, то она приобретает форму с мини минимальной площадью поверхности, т.е. шара.

Среди свойств жидкости особую роль играют такие свойства, как поверхностное натяжение и смачивание.

При увеличении площади поверхности жидкости на некоторую величину внешними силами совершается работа.

Отношение этой работы к изменению площади поверхности называется коэффициентом поверхностного натяжения

Прикладывая внешнюю силу можно растягивать эту пленку, совершая работу против силы поверхностного натяжения.

Из формулы для работы внешних сил найдём

откуда

Учитывая тот факт, что у мыльной пленки две поверхности натяжения,

получим ещё одну формулу для коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Коэффициент поверхностного натяжения равен силе, действующей со стороны поверхности жидкости на единицу длины контура (границы) поверхности и стремящейся уменьшить площадь этой поверхности.

Рассмотрим границу между жидкой и твердой фазой на примере жидкости в цилиндрическом сосуде.

Если этот угол меньше 90 0 , говорят имеет место смачивание; если – больше 90 0 , несмачивание. Если угол равен 0 0 , то такое явление называется растеканием (говоря другими словами - очень хорошее смачивание).

Поверхностное натяжение и смачивание является причиной такого явления как капиллярность - необычного поведения жидкостей в тонких трубках (капиллярах) и узких щелях.

В зависимости от смачивания или несмачивания жидкость в капиллярах может иметь высоту подъёма больше или меньше уровня свободной поверхности жидкости в большом сосуде. Формула высоты уровня жидкости в капилляре для случая идеального смачивания имеет вид

Разбор тренировочных заданий

1. На рисунках изображены разные моменты опыта по измерению высоты поднятия жидкости в капилляре.

Расположите рисунки в правильной временной последовательности.

Решение. В опыте капилляр опускается в жидкость, и жидкость поднимается до некоторого предельного уровня. Учитывая эту последовательность, расставим картинки

2. Ответьте на вопросы:

1.Найдите радиус капилляра (мм), если известно, что

2.Чему равен угол смачивания, если жидкость растекается по поверхности твердого тела?

3.Чему равен угол смачивания, если жидкость не смачивает твердое тело?

4.Приведите номер рисунка, верно отражающего явление капиллярности

5. выберите номер капилляра, в котором жидкость поднимется выше? Если

1.Из формулы для высоты поднятия жидкости в капилляре в случае хорошего смачивания имеем

Отсюда получим выражение для радиуса

вычислим r = (2*0,1)/(800*10*0,025) =0,001 м = 1 мм;

2.Если жидкость растекается, угол смачивания равен нулю (0 0 );

3.Есмли жидкость не смачивает твёрдое тело, угол смачивания равен 180 0 ;

4.Если в одну и ту же жидкость опустить два капилляра из одного и того же материала, смачивающегося данной жидкостью, но разного радиуса, то чем меньше радиус капилляра, тем больше высота уровня жидкости в капилляре. Верный вариант – 2;

Читайте также: