STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Transkript

1 STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN Struktura kapalin je něco mezi plynem a pevnou látkou Částice kmitají ale mohou se také přemísťovat Zvýšením teploty se a tím se zvýší tekutost kapaliny Malé vzdálenosti mezi molekulami mají vliv hlavně na vlastnosti povrchu kapaliny POVRCHOVÁ VRSTVA KAPALINY Položíme li minci na vodní hladinu prohne se, ale mince nespadne na dno, přestože je hustota mince větší než hustota vody. Jak je to možné Volný povrch kapaliny se chová jako tenká, pružná blána Mezi molekulami působí Kolem každé molekuly je tzv., která má poloměr přibližně jeden nanometr, což je několik mezimolekulových vzdáleností V prvních dvou případech jsou molekuly i celá jejich sféra působení uvnitř kapaliny a nenacházejí se tedy v povrchové vrstvě. Ve třetím případě je více molekul v dolní části sféry působení, na molekulu tedy působí větší síla směrem dolů než vzhůru. Ve čtvrtém případě je molekula na povrchu kapaliny a ostatní molekuly na ní působí výsledným směrem dolů, vzhůru působí pouze molekuly okolního vzduchu a tato síla je velmi malá. Ty molekuly, kterým zasahuje sféra působení do okolního vzduchu tvoří, má tedy tloušťku. Na každou molekulu ležící v povrchové vrstvě působí sousední molekuly výslednou přitažlivou, která má směr Pro přenesení molekuly do povrchové vrstvy je nutné, z toho vyplývá, že povrchová vrstva má, které říkáme Kapalina má snahu zaujmout takový tvar aby měla nejmenší možný povrch, energeticky aby měla. Proto volná kapalina vždy zaujme tvar koule, koule má za daného objemu nejmenší možný povrch. U větších kapek dochází k deformaci tíhovou silou.

2 1. Co je to povrchová vrstva a jaké má vlastnosti 2. Jaká je tloušťka povrchové vrstvy a proč tomu tak je 3. Proč kapalina zaujímá tvar s nejmenším povrchem POVRCHOVÁ SÍLA Mějme mýdlový roztok v drátěném rámečku s pohyblivou stranou AB. Nepůsobíme-li na stranu AB silou, pozorujeme, protože Blána má dva povrchy a v každém působí síla F, kterou nazýváme. Její velikost lze určit experimentálně a to tak, že V případě rámečku s mýdlovým roztokem má síla směr, je-li povrch zakřivený má směr Umístíme-li do blány gumičku a uvnitř blánu propíchneme budeme pozorovat Proč se kapka vody utrhne od kohoutku vždy při stejné velikosti kapky 1. Co je to povrchová síla a jaké jsou její příčiny 2. Jak lze experimentálně zjistit velikost povrchové síly 3. Jaký směr má povrchová síla u zakřiveného povrchu

3 POVRCHOVÉ NAPĚTÍ V předchozí kapitole jsme rozebrali povrchovou sílu u drátěného rámečku. Na čem bude záviset velikost této síly Závisí na délce strany AB, proto povrchová síla není vhodnou veličinou, která by danou kapalinu popisovala. Nová veličina povrchové napětí Povrchové napětí σ se rovná podílu velikosti povrchové síly F a délky l strany AB F σ = l jednotka povrchového napětí je 1. Jak je definováno povrchové napětí 2. Proč používáme veličinu povrchové napětí JEVY NA ROZHRANÍ PEVNÉHO TĚLESA A KAPALINY Co budeme pozorovat u okrajů hladiny pokud do sklenice nalijeme vodu Co budeme pozorovat u okrajů hladiny pokud do sklenice nalijeme rtuť Důvodem těchto jevů jsou síly působící na částice, které jsou v povrchové vrstvě a zároveň jejich sféra působení zasahuje do stěny nádoby. Na tyto molekuly působí několik sil. Síla F 1 je přitažlivá síla, kterou působí molekuly nádoby na molekuly kapaliny. Síla F 2 je přitažlivá síla, kterou působí na

4 molekulu molekuly kapaliny. Tyto síly jsou svou velikostí významné. Dále na molekulu působí tíhová síla a přitažlivá síla molekul okolního vzduchu, tyto síly jsou co do velikosti zanedbatelné. Tomuto úhlu říkáme. Pokud je jeho velikost 0 o pak kapalina, pokud má úhel velikost 180 o, v praxi se tyto případy nevyskytují, voda ve skle smáčí pod úhlem 8 o a rtuť ve skle pod úhlem 128 o. V případě, že by úhel byl 90 o. Zakřivení povrchu kapaliny způsobuje vznik přídavného kapilárního tlaku Pod vypuklým povrchem je vnitřní tlak oproti orodovnému povrchu o kapilární tlak větší, u dutého je naopak o tuto hodnotu menší. Z experimentů bylo odvozeno, že má-li kapalina volný povrch tvaru kolového vrchlíku p k 2σ = R kde R je poloměr kulového povrchu u tenké bubliny se dvěma povrchy má tlak dvounásobnou hodnotu. 1. K jakým jevům dochází na rozhraní kapaliny a pevné látky 2. Čím jsou tyto síly způsobeny 3. Rozeber jevy na rozhraní podle velikosti stykového úhlu. 4. Jak vzniká kapilární tlak KAPILARITA Ponořme úzkou skleněnou trubičku svisle do vody, co budeme pozorovat

5 U kapalin smáčejících stěny nádoby pozorujeme vždy U kapalin nesmáčejících stěny nádoby pozorujeme vždy Souhrnně těmto jevům říkáme Určíme výsku do které sloupec vody vystoupí, případně hloubku do které klesne. V místě kde končí sloupec a začíná vodní hladina je hydrostatický tlak sloupce a kapilární tlak stejný 2σ hρg = R z toho: Těchto jevů se využívá u vzlínavosti vody, nasávání petroleje do knotů a dalších 1. Co je to kapilarita 2. Jak určíme výšku výstupu vodního sloupce TEPLOTNÍ OBJEMOVÁ ROZTAŽNOST KAPALIN U většiny kapalin s rostoucí teplotou roste objem, teplotní objemová roztažnost je přibližně stejná jako u pevných látek, V = V 1 + β t ( ) kde β je teplotní součinitel objemové roztažnosti kapalin. Pro větší teplotní rozdíly už není možné použít tento jednoduchý vzorec, ale 2 V = V 1 + β t β t ( ) 1 + 2

6 hustota se mění podle ( t) ρ = ρ 1 β Objemová roztažnost kapalin je obecně výraznější než u pevných těles Voda je, co se týká změny objemu ( a hustoty), mezi kapalinami výjimkou 1. Co je to anomálie vody a jak se projevuje 2. Jak se mění objem s rostoucí teplotou u většiny kapalin