Строение жидкостей (стр. 1 )

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 3 с углубленным изучением

отдельных предметов» г. Ядрин Чувашской Республики

       Автор: учитель физики

высшей категории

2015 г.

Оглавление:

Введение -------------------------------------------------------------------  2стр.

§ 1 Строение жидкостей, поверхностное натяжение жидкостей. ---  3 – 5стр.

§ 2 Собственная форма жидкости. ----------------------------------------  6 – 7 стр.

§ 3 Явления смачивания и несмачивания. ------------------------------  7 – 8 стр.

§ 4 Жидкостные пленки. ---------------------------------------------------  9 – 10 стр.

§ 5 Флотация. ----------------------------------------------------------------  10 – 11 стр.

§ 6 Капиллярные явления. ------------------------------------------------  11 – 12 стр.

§ 7 Значение кривизны свободной поверхности жидкости. ---------------  12 – 13 стр.

§ 8 Разность давлений по разные стороны искривленной

поверхности жидкости. Формула Лапласа. -----------------------------  14 стр.

Лабораторная работа. -----------------------------------------------------  15 стр.

Практикум по решению задач. ------------------------------------------  15 – 18 стр.

Материал для дополнительного чтения:

Адсорбция. -------------------------------------------------------------------  19 стр.

Растворение газов. -------------------------------------------------------  19 – 21 стр.

Растворение твёрдых тел в жидкости ----------------------------------- 21 – 22 стр.

Список используемой литературы. -------------------------------------  23 стр.

Введение.

.Учебно-методическое пособие «Строение жидкостей» рекомендуется учителям и учащимся в классах естественно-научного и физико-математического профилей.

Цель работы: способствовать углублению теоретических и практических знаний, формированию умений выдвигать гипотезы, строить логические умозаключения, пользоваться индукцией, дедукцией, методами аналогий и идеализаций.

Данная работа расширяет базовый курс физики, дает учащимся возможность познакомиться с интересными, нестандартными задачами. Вопросы, рассматриваемые в пособии, расширяют содержание основного курса физики средней школы.

В работе подробно рассматриваются темы: строение жидкостей; явления смачивания и несмачивания; капиллярные явления, их применения в быту, технике, промышленности; сделан расчёт кривизны свободной поверхности жидкости, выведена формула Лапласа. Для закрепления материала учащимся предлагается: выполнить лабораторную работу, решить задачи из практикума, сделать несколько занимательных экспериментов.

Задачи, предлагаемые в данном пособии, интересны и часто не просты в решении, что позволяет повысить учебную мотивацию учащихся и проверить свои способности к физике. Вместе с тем, содержание тем курса позволяет ученику любого уровня активно включаться в учебно-познавательный процесс и максимально проявить себя.

Примерное планирование изучения темы «Строение жидкостей».

№ параграфа	Название темы	Число часов	примечание
§ 1	Строение жидкостей, поверхностное натяжение жидкостей.	2	Проведение экспериментов, решение задач.
§ 2	Собственная форма жидкостей.	1	Проведение экспериментов
§ 3	Явления смачивания и несмачивания.	1	Проведение экспериментов, решение задач.
§ 4,5	Жидкостные плёнки. Флотация.	1	Доклады учащихся.
§ 6	Капиллярные явления.	2	Проведение экспериментов, решение задач.
§ 7	Значение кривизны свободной поверхности жидкости.	2	Решение задач.
§ 8	Разность давлений по разные стороны искривлённой поверхности. Формула Лапласа.	2	Вывод формулы Лапласа. Решение задач.
§ 9	Лабораторная работа.	1	Выполняется при наличии оборудования.
§ 10	Решение задач.	2
Контрольная работа.	1

§ 1

       Строение жидкостей, поверхностное натяжение жидкостей.

Вещества, в зависимости от внешних условий, находятся в твёрдом, жидком или газообразном состоянии (многие из вас назовут ещё одно состояние – плазма и будут правы). Вы имеете представление о строении газов и твердых тел. Гораздо боле сложным представляется строение жидкостей. Каковы свойства жидкостей? Плотность вещества в жидком состоянии в сотни раз больше чем в газообразном состоянии. Но жидкость – это не просто сильно сжатый газ. Если сжать газ при температуре выше критической до плотности газа, то газ в жидкость не превратится. При уменьшении давления молекулы вещества снова разлетятся и будут в газообразном состоянии. Если температура жидкости достигла «критической температуры», то свойства жидкости неотличимы от свойств газа. Вещество переходит в жидкое состояние, если энергия молекулярного притяжения станет больше кинетической энергии хаотического движения частиц.

В жидкости, как и в твёрдом теле, молекулы сильно взаимодействуют  друг с другом, удерживая себя около положения «относительного равновесия». Вычислить силы взаимодействия между молекулами – задача сложная и она в общем виде не решена до сих пор. Каждая молекула жидкости в течение некоторого промежутка времени движется то «сюда», то «туда», не удаляясь от своих соседей. Это движение напоминает колебание молекулы твёрдого тела. Но время от времени (порядка 10-8 секунд) молекула совершает скачкообразное движение – вырывается из своего окружения и переходит другое место, где опять совершает движение, подобное колебанию. При увеличении температуры время «скачкообразного движения» уменьшается. Наиболее характерным признаком жидкого состояния вещества является наличие резкой границы, разделяющей жидкость и её пар. Поверхностный слой жидкости, представляющий переход от жидкости к пару, отличается особенными свойствами.

Мы все любовались маленькими капельками росы, все выдували мыльные пузыри. Эти явления кажутся удивительными! Если две капли росы (или любой другой жидкости) привести в соприкосновение, то они сольются в одну большую каплю, форма которой будет близка к шаровой. Если прекратить выдувать мыльный пузырь, то он самопроизвольно сокращается и его поверхность уменьшается. Мы привыкли к тому, что жидкость принимает форму сосуда, в которым она находится, и собственной формы не имеет. Но, оказывается, это не всегда верно. Рассмотрим ещё несколько примеров:

а) Струйка воды постепенно переходит в капли.

б) Острый зубец на стекле при нагревании оплавляется – делается округлым.

в) Сокращение поверхности мыльной плёнки.

В описанных явлениях мы наблюдали самопроизвольное сокращение поверхности жидкости: жидкость принимала форму, при которой её поверхность оказывалась минимальной. Чем это можно объяснить?

Обратим внимание: из всех тел равного объёма поверхность шара минимальна (при сливании двух капелек поверхность Sоб<S1+S2).Вернёмся к строению жидкости. Молекулы жидкости на глубине и на поверхности находятся в разных условиях. На каждую молекулу жидкости, находящуюся внутри жидкости, действуют силы притяжения со стороны других молекул. Их равнодействующая равна нулю. Над поверхностью жидкости находится пар  сп<< св  и  Fвз. п<<Fвз. ж равнодействующая всех сил, действующая на молекулу на поверхности жидкости, направлена внутрь этой жидкости. Под действием этих сил молекулы поверхностного слоя втягиваются внутрь, число молекул на поверхности уменьшается, и площадь поверхности сокращается. Но все молекулы не могут с поверхности уйти внутрь - этому препятствуют силы отталкивания, которые начинают действовать при уменьшении расстояний между молекулами. Процесс сокращения прекращается и на поверхности остаётся такое число молекул, при котором её площадь минимальна для данного объёма жидкости.

При увеличении поверхности часть молекул из внутренних слоёв переходит на поверхность – совершается работа против сил взаимодействия между молекулами внутри жидкости и молекулами на её поверхности. Работа сил отрицательна (А<0), а изменение потенциальной энергии молекул положительно (∆Wp>0, Wp2>Wp1). Молекулы, образующие поверхность жидкости, обладают избыточной потенциальной энергией по сравнению с молекулами внутри жидкости.

Избыточную потенциальную энергию, которой обладают молекулы на поверхности жидкости, называют поверхностной энергией.

Поверхностную энергию, которой обладают молекулы жидкости, образующие при постоянной температуре поверхность единичной площади, называют удельной поверхностной энергией.

  у=  Wp/S  (у – сигма)

Удельная поверхностная энергия у равна отношению работы А по увеличению поверхности жидкости при изотермическом процессе к приращению площади этой поверхности ∆S.

  у=A/∆S  [у]=Дж/м2

Сокращение поверхности – самопроизвольный процесс, ведущий к состоянию устойчивого равновесия (любая система стремится занять состояние равновесия, когда её потенциальная энергия минимальна).

Поверхностная энергия уменьшается при нанесении на жидкость вещества поверхностная энергия которого меньше чем у данной жидкости (например: стиральный порошок, мыло и др. вещества растворимые в данной жидкости).