Поверхностное натяжение. 10 класс

1. Поверхностное натяжение

Урок в 10 классе
Алсуфьева Наталья Львовна,
учитель физики высшей
квалификационной категории
ГБОУ гимназии № 526 Московского
района Санкт-Петербурга
23.11.2023
1

2. Введение

Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на
него: вы можете заниматься всю жизнь его
изучением, не переставая извлекать из него
уроки физики.
Уильям Томсон (лорд Кельвин)
Эти сферические воздушные пленки легко
образуются в мыльной воде. Они отличимы
от обычных воздушных пузырей...
Джозайя Гиббс
23.11.2023
2

3.

Галилей
Лаплас
Кельвин
Приведенные фрагменты из
трудов великих ученых
объединены одним понятием –
поверхностное натяжение.
23.11.2023
3

4. Сегодня на уроке мы:

Выясним причину возникновения
поверхностного натяжения
Введем понятие поверхностной энергии
Узнаем, как можно найти силу поверхностного
натяжения
Определим, от чего зависит коэффициент
поверхностного натяжения жидкостей
Познакомимся с, так называемым,
лапласовским давлением
23.11.2023
4

5. Поверхностное натяжение

Молекула
поверхностного слоя
стремится вглубь
жидкости, таким
образом создается
своеобразное
натяжение
23.11.2023
5

6. Поверхностная энергия

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают
избыточной по сравнению с молекулами внутри
жидкости потенциальной энергией.
Потенциальная энергия Eпов
пропорциональна ее площади:
поверхности
жидкости
Eпов = σS
23.11.2023
6

7. Коэффициент поверхностного натяжения и его физический смысл

σ называется коэффициентом
поверхностного натяжения (σ > 0).
Дж Н
σ 2
м
м
Коэффициент
Коэффициент поверхностного натяжения
равен работе, необходимой для увеличения
площади поверхности жидкости на единицу при
постоянной температуре.
23.11.2023
7

8. Задание

Рассмотрите таблицу и определите,
какие три составляющие влияют на
величину коэффициента
поверхностного натяжения
23.11.2023
8

9.

Поверхностное натяжение σ ∙ 10
Вещество
- 20 0С 0 0 С
-3
, Н/м
20 0С 40 0С 60 0С 80 0С 100 0 С 120 0 С
Ацетон
28,7
26,2
23,7
21,2
18,6
16,2
13,8
11,4
Бензол
-
31,7
29
26,3
23,7
21,3
18,8
16,4
Вода
-
75,6
72,8
69,6
66,2
62,6
58,9
54,9
22
19,5
17
14,6
12,4
10,2
8
6,1
-
29,7
27,8
25,8
23,8
21,8
19,8
18
" " " ", 50%
-
43
40
37
33
30
27
24
Этиловый
спирт, 100%
25,7
24
22,3
20,6
19,2
16,8
14,4
12,1
" " " ", 80%
-
26
25
23
21
20
18
16
" " " ", 60%
-
28
27
25
23
22
20
18
" " " ", 40%
-
32
30
28
26
24
22
19
" " " ", 20%
-
40
38
36
33
31
29
27
Диэтиловый
эфир
Уксусная
кислота,100%
23.11.2023
9

10.

Коэффициент поверхностного
натяжения зависит от:
Рода жидкости
Температуры
Наличия примесей
23.11.2023
10

11. Принцип минимума потенциальной энергии

Как и все системы
жидкость стремится
занять положение с
минимальной
потенциальной
энергией, т.е.
уменьшить площадь
свободной
поверхности
23.11.2023
11

12.

Это проявляется в том, что капля жидкости в
невесомости принимает форму шара, поскольку
шар имеет минимальную площадь поверхности
при заданном значении объема.
23.11.2023
12

13. Сила поверхностного натяжения

Свободная жидкость ведет себя так, как будто по
касательной к ее поверхности действуют силы,
сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы
называются силами поверхностного натяжения.
Aн 2Fн h
2Fн h Eпов
Aн Eпов
2 Fн h ( 2S 2 2S1 )
2 Fн h 2 h l Fн l
23.11.2023
13

14. Таким образом, сила поверхностного натяжения:

Прямо пропорциональна длине
границы свободной
поверхности,
Перпендикулярна линии,
ограничивающей поверхность
жидкости,
Направлена по касательной к
поверхности жидкости.
23.11.2023
14

15. Задача 1: Какую работу надо совершить, чтобы надуть мыльный пузырь радиусом 4 см? (для мыльного раствора σ = 0,04 Н/м)

Дано:
г = 4 см =
Решение:
Aв неш Aн
4ּ10-2 м
σ = 0,04 Н/м
ro=0
А
внеш
Aвнеш Eпов 2 S
S S S o 4 (r r )
2
=?
Aв неш 2 4 r
Aвнеш 2 0,04 4 3,14 4 10
Ответ: А
23.11.2023
внеш
=1,6 мДж
2 2
1,6 10
3
2
o
2
Дж
15

16.

Лапласовское давление
Под искривленной поверхностью
жидкости возникает избыточное,
лапласовское, давление,
обусловленное поверхностным
натяжением.
23.11.2023
16

17. Для жидкости с искривленной поверхностью (капли):

Fн l 2 r
pл
2
S
r
S
2
pл
r
Fрез
Fн
Fн
Fн
Fн
Fрез
23.11.2023
17

18. Для мыльного пузыря:

Так как мыльный пузырь
имеет две поверхности внешнюю и внутреннюю,величина лапласовского
давления удваивается по
сравнению с поверхностью
жидкости, имеющей такой
же радиус кривизны.
23.11.2023
4
pл
r
18

19. Задача 2:

К
У двух концов стеклянной трубки выдуты два
мыльных пузыря разного диаметра. Будут ли
(и как) меняться размеры пузырей, если кран
К закрыт?
23.11.2023
19

20. Решение задачи 2:

Внутри пузырей возникает лапласовское
давление. Чем меньше радиус пузыря,
тем больше лапласовское давление.
Большой пузырь будет расти, а маленький
уменьшаться.
23.11.2023
4
pл
r
20

21. Домашнее задание

1.
2.
3.
Учебник В.А. Касьянова «Физика. 10 класс», § 64
Задачник №№ 1189, 1190
Вопросы:
Можно ли показать, не пользуясь никакими приборами, что
коэффициент поверхностного натяжения у мыльного раствора
меньше, чем у воды?
В каком случае из крана самовара падают более тяжелые капли:
когда вода еще горячая или когда уже остыла?
Две смоченные водой стеклянные пластинки трудно отделить
друг от друга, пока они находятся в воздухе. Однако они
разделяются без всяких усилий. Если их опустить в воду. Чем это
можно объяснить?
23.11.2023
21