Практическое занятие № 5

Наименование занятия:Агрегатные состояния вещества. Капиллярные явления.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка к занятию: лекция № 6. Касьянов В.А. Физика-10 § 38.

Задание на занятие:

1. Почему после купания даже в самую сильную жару человек ощущает прохладу?

2. Что быстрее потушит пламя кипяток или холодная вода?

3. Если слить вместе 100 мл спирта и 100 мл воды, объем раствора окажется меньше 200 мл. Почему? Можете ли вы проиллюстрировать свой ответ простым примером или опытом?

4. Олово легко расплавить. Почему же нельзя выдувать из него изделия, как это делают из стекла?

5. Почему чернилами нельзя писать на жирной бумаге?

6. Перед пайкой поверхности тщательно обезжиривают и очищают от грязи и оксидов. Зачем это делают?

7. Почему водоплавающие птицы не тонут?

8. Почему ртуть не смачивает стекло?

9. Почему брызги воды, приобретают сферическую форму?

10. На какую высоту поднимется вода по капиллярам кирпичной стены, если их радиус в среднем равен 1 мкм? ( )

11. Круглая рамка, охватывающая поверхность площадью 40 см², затянута мыльной плёнкой. Чему равна сила поверхностного натяжения, если коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора равен 0,04 Н/м?

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1) Какие вы знаете свойства жидкости?

2) В каком агрегатном состоянии вещества энергия его молекул сравнима с ?

3) Что такое анизотропия кристаллов? Что такое полиморфизм?

4) Как рассчитать силу поверхностного натяжения жидкости?

5) Что такое капилляр? Как рассчитать высоту жидкости в капилляре?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же вещества в различных интервалах температур и давлений.
Основными агрегатными состояниями вещества считают газообразное, жидкое и твердое состояния, переходы между которыми обычно сопровождаются скачкообразными изменениями плотности, энтропии и других физических свойств. Четвертым агрегатным состоянием вещества считают плазму.
Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул/атомов и в их взаимодействии.

Поверхностное натяжение, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с другой фазой (поверхностную энергию).

Коэффициент поверхностного натяжения — величина, численно равная работе, совершенной молекулярными силами при изменении площади свободной поверхности жидкости на 1 м² при постоянной температуре. Согласно другому определению, поверхностное натяжение – сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

Единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ является джоуль на квадратный метр (Дж/м²) или ньютон на метр (Н/м).

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 (1). 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. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела (2). При полном смачиванииθ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

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

Пусть дана 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: , где , .

Отсюда следует:

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

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.