Повърхностни явления в течности
Молекулите на повърхността на течността са привличани навътре от съседите си, затова повърхността се държи като опъната ципа. Това е повърхностното напрежение: то държи водомерката на водата и прави малките капки кръгли. На границата с твърдо тяло течността може да намокря или да не намокря стените. В тънки тръбички (капиляри) намокрящата течност се покачва, а ненамокрящата се спуска.
Какво да запомним
- Сила на повърхностно напрежение: F = σl, σ в N/m.
- Работа за увеличаване на повърхността: A = σΔS.
- Капилярно покачване: h = 2σ/(ρgr).
- Намокряща течност: вдлъбнат менискус и покачване в капиляра.
- При нагряване σ намалява; сапунът също го намалява.
Пример
В капиляр с радиус 1 mm водата (σ = 0,073 N/m) се покачва на h = 2·0,073/(1000·10·0,001) ≈ 1,5 cm.
Проверете се: 15 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Благодарение на кое явление водомерката се задържа на повърхността на водата?
- Архимедовата сила
- Капилярността
- Повърхностното напрежение
- Дифузията
Отговор: Повърхностното напрежение
Повърхностният слой на водата се държи като опъната еластична ципа.
Коя е единицата за коефициента на повърхностно напрежение в SI?
- N·m
- N/m2
- J·m
- N/m
Отговор: N/m
σ = F/l: сила на единица дължина от границата на повърхността.
При какво условие течност се покачва в тънка стъклена тръбичка (капиляр)?
- Когато намокря стените ѝ
- Когато не намокря стените ѝ
- Само при висока температура
- Когато е по-плътна от стъклото
Отговор: Когато намокря стените
Намокрящата течност образува вдлъбнат мениск и силите на повърхностно напрежение я изтеглят нагоре.
Как се изменя височината на капилярно покачване на водата, ако радиусът на капиляра намалее 2 пъти?
- Намалява 2 пъти
- Увеличава се 2 пъти
- Увеличава се 4 пъти
- Не се изменя
Отговор: Увеличава се 2 пъти
h = 2σ/(ρgr), т.е. височината е обратно пропорционална на радиуса.
Сапунен филм е опънат в рамка с подвижна страна 10 cm. С каква сила филмът тегли подвижната страна? (σ = 0,04 N/m)
- 4·10−3 N
- 0,4 N
- 0,8 N
- 8·10−3 N
Отговор: 8·10−3 N
Филмът има две повърхности: F = 2σl = 2·0,04·0,1 = 8·10−3 N.
Каква форма приемат малки капки течност в безтегловност?
- Сферична
- Кубична
- Плоска
- Цилиндрична
Отговор: Сферична
Повърхностното напрежение свежда повърхността до минимум, а сферата има най-малка площ при даден обем.
Как се изменя повърхностното напрежение на водата при нагряване?
- Увеличава се
- Не се изменя
- Намалява
- Става отрицателно
Отговор: Намалява
С покачване на температурата силите на привличане между молекулите на повърхността отслабват.
Какъв е менискусът на водата в чиста стъклена тръбичка?
- Изпъкнал
- Плосък
- Остър
- Вдлъбнат
Отговор: Вдлъбнат
Водата намокря стъклото, затова повърхността ѝ е вдлъбната.
Каква работа е нужна, за да се увеличи повърхността на вода с 10 cm2? (σ = 0,07 N/m)
- 7·10−5 J
- 0,7 J
- 7·10−3 J
- 7·10−4 J
Отговор: 7·10−5 J
A = σΔS = 0,07·10−3 = 7·10−5 J.
На каква височина се покачва водата в стъклен капиляр с радиус 0,5 mm? (σ = 0,073 N/m, ρ = 1000 kg/m3, g = 10 m/s2, пълно намокряне)
- ≈ 1,5 cm
- ≈ 2,9 cm
- ≈ 29 cm
- ≈ 5,8 cm
Отговор: ≈ 2,9 cm
h = 2σ/(ρgr) = 0,146/(1000·10·0,0005) ≈ 0,029 m.
Защо повърхността на течността се държи като опъната ципа?
- Привличане на молекулите навътре
- Налягането на въздуха
- Теглото на течността
- Изпарението
Отговор: Привличане на молекулите навътре
Молекулите на повърхността са привличани от съседите си навътре в течността и повърхността се стреми да се свие.
Как се изразява силата на повърхностното напрежение?
- F = ma
- F = ρgV
- F = kx
- F = σl
Отговор: F = σl
Силата е пропорционална на дължината на контура l, коефициентът е σ.
Как се изменя капилярното покачване, ако течността има същото σ, но два пъти по-голяма плътност?
- Нараства 2 пъти
- Не се изменя
- Намалява 2 пъти
- Намалява 4 пъти
Отговор: Намалява 2 пъти
h = 2σ/(ρgr) е обратно пропорционално на плътността.
Защо земеделците разрохкват почвата, за да запазят влагата в нея?
- Почвата става по-тежка
- Прекъсват се капилярите
- Привлича се дъжд
- Почвата се затопля
Отговор: Прекъсват се капилярите
По тънките капиляри в почвата водата се изкачва нагоре и се изпарява; разрохкването ги прекъсва.
Как би се изменило капилярното покачване на водата на Луната, където g е около 6 пъти по-малко?
- Нараства 6 пъти
- Намалява 6 пъти
- Не се изменя
- Нараства 36 пъти
Отговор: Нараства 6 пъти
h = 2σ/(ρgr) е обратно пропорционално на g.