Сақинадан үзу әдісімен беттік керілу коэффицентін анықтау.

Жұмыстың мақсаты:Сақинадан үзу әдісімен әр түрлі сұйықтардың беттік керілу коэффициентін анықтау. Сұйықтың шекара қабаттарының малекулалары терең қабаттағы молекулаға қарағанда, молекуласы барлық жағынаң түгелдей қоршалмайтындығын эксперимент түрінде көрсету.

Қажетті құрал - жабдықтар: Түрлі механикалық таразы, штангенциркуль, металл сақина, сабын су, таза су, май, зерттелетін сұйық құятын ыдыс.

Қысқаша теориясы:

Беттік керілу коэффиценті. Басқа ортамен жанасқан сұйық беті мысалға өзінің буымен, не қандайда бір басқа сұйықпен немесе қатты денемен жеке қарастырсақ ыдыс қабырғасымен сұйықтың қалған массасымен салыстырғанда ерекше күйде болады.

Бұл ерекше күйдің туу себебі сұйықтың шекара қабаттарының малекулалары терең қабаттағы молекулаға қарағанда, молекуласы барлық жағынаң түгелдей қоршалмағандықтан болады. Беттік молекуласын «көршілес» бөлігі сұйықпен шекаралас екінші ортаның бөлшектері болып табылады. Бұл орта табиғаты жағынан да, бөлшектің тығыздығы жағынан да сұйықтан көп айырмашылығы болуы мүмкін. Сондықтан бұл қабаттағы әрбір молекуладағы әсер ететін күштер бір-біріне тен болмайды. Молекуланың беттік қабаттан сұйық түбіне немесе орта түбіне орын ауыстыруы жұмыс жасалумен жүреді. Барлық жағынан осындай бөлшектермен қоршалған сұйық ішіндегі молекулалар тыныш күйде тұрады, ал олардың орын ауыстыруы жұмыс жасау болып қажет етпейді. Бұл жұмыстын шамасымен таңбасы беттік қабаттың молекулаға «өзінің» көршілес молекуласымен немесе екінші ортаның әсер күштері арасындағы қатынастарға байланысты.

Егер сұйық өзінің буымен шектелген болса, яғни, біз тек қана затпен жүргізсек, онда беттік қабаттың молекуласын сынылған күш сызықтың ішіне бағытталған болады. Бұл былай түсіндіріледі: сұйық молекуласының тығыздығы сұйық бетіндегі қаныққан буға қарағанда көп үлкен болады және сұйық молекулалары тарапынан беттік қабаттын молекулаларымен болатын тартылыс күші бу молекулалары тарапынан болатын тартылыс күшүнен

болады. Сонда сұйықтың беттік қабатынан сұйыққа орын ауыстыра алатын молекула оң жұмыс жасайды.

Керсінше, молекула сұйықтын терең қабатынан беттік қабатына өту кезінде теріс жұмыс жасайды, яғни сырттан жұмыс істеуді қажет етеді. Осы себебтердің әсерінен сұйық беті ұлғаяды (керіледі). Бұл молекулалардын қандайда бір бөлігі сұйықтын терең қабатынан беттік қабатқа көшеді деген сөз. Бұл үшін, біз жоғарыда айтылғандай сырттан жұмыс жасалу керек. Басқаша айтқанда, сұйықтын бетінің ұлғаюі теріс жұмыс жасалумен жүреді.

Керсінше сұйық бетінің қысқару кезінде оң жұмыс жасалады. Егер тұрақты температурада сұйық бетің шексіз аз шамаға өзгертетің болса, онда бұл үшін жасалатын қажетті жұмыс мынаған тең:

d A= - σdS(1)

Мұндағы минус таңбасы сұйық бетінің (dS›0) ұлғаюі кезінде теріс жұмыс жасалатындығын көрсетеді.

Коэффицент σ сұйық бетінің қасиетің сипаттайды шама және беттік керілу коэффициенті деп аталады. Сонымен қатар беттік керілу коэффициенті тұрақты температура кезінде сұйық бетінің ауданың ұлғайту үшін қажетті жұмыспен өлшенеді. Сондықтан СИ ситемесында σ- Дж/м² өлшем бірлігіне ие болады.

Жоғарыда айтып кеткендей сұйықтын беттік қабатының молекулалары сұйықтын терең бөлігіндегі молекулалармен салыстырғанда артық потенциялдық энергияға ие болады. мұны Us деп белгілейік. Бұл энергия сұйық болатын тартылыс күші әсерінен сұйық ішіне ауыса жүріп жасайтын жұмысымен анықталады. Ал, энергия Us өзінің тегі жағынан сұйық бетіне байланысты болғандықтан бұл сұйық бетінің ауданына пропорцианал болуы тиіс, яғни Us= σ*S (2)

Онда dS беті ауданынан өзгерісі потенциалдық энергияның өзгеруіне әкеп соқтырады.

dUs=σdS

Ал, бұл жұмыс жасалумен жүреді

dA= - dU₃=- σ dS

Бұл өрнек (1) өрнекпен толығымен сәйкес келеді. Егер, жоғарыда көрсеткендей S бетінің өзгерісі тұрақты температура кезінде жүрсе изотермиялық болса, онда біз білетіндей бұл үшін жұмсалатын жұмыс беттің F еркің энергиясының өзгерісіне тең болады.

dA= - dF

Егер сұйық бетінің өзгерісін адиабатты жүргізсе,онда оның температурасы өзгереді.

Мысалы беттің ұлғаюы сұйықтың салқындауына әкеліп соқтырады. Сонымен сұйық бетінің артық потенциалдық энергиясы осы беттің энергиясы болып табылады, және осыдан

σ = F/S (3)

Яғни, сұйықтың беттік керілу коэффициентің осы беттің бірілк ауданына келетін еркін энергиямен анықтауға болады.

Енді бізге жоғарыда айтылған сұйық бетінің қандай ерекше күйлерде болатындығы түсінікті болады. Бұл, яғни сұйық бетінің сұйықтың басқа бөлігімен салыстырғанда артық потенциалдық энергияға ие болатындығымен түсіндіріледі.

Ал мұның неге әкеліп соқтыратының қарастырайық.

Бізге белгілі кез - келген система тепе -теңдік кезінде белгілі бір күйде болады, бұл кезде оның энергиясы минимальмәнге ие болады. Мұны біз қарастырып отырған жағдайда қолдансақ. Онда сұйық тепе - теңдік езінде минималь мүмкін болатын бетке ие болуы қажет. Ал, бұл сұйық бетінің ұлғаюына кедергі болатын күштердің, яғни осы бетті қарастыруға ұмтылатын күштердің болуы керектігін көрсетеді.

Алайда беттік керілу күштерінің пайда болуынын алғашқы себепшісі, сұйық бағытталған, кей жағдайда өзі шектелетің ортаның яғни бетке бір бағытталған беттік қабатының мөлшерінен болатын сығылған күштер болып табылады.

Пленканың екі бетке ие болатындығын ескргендегі пленка сұйықтың жұқа қабатынан тұрады. 2f.p. Жүгінің салмағын тепе -теңдік кезіндегі шама мынаған тең:2f=p f=p/2 - егер сырғалуы осы күштің әсерінен АВ жағдайын dh қашықтыққа орын ауыстырса, онда күш әсерінен болатын жұмыс мынаған тең:

dA=fdh-жұмыс пленканың еркін энергиясына

№	d2	h	F=mg	∆σ	∆σ	∆σорт /σорт 100%