Cтраница 2
Капля жидкости может растекаться по поверхности, если поверхность хорошо смачивается, а если поверхность плохо смачивается, то капля растекаться не будет.
Капля жидкости, находящаяся на поверхности твердого тела, может либо растекаться в тонкую пленку, либо оставаться на поверхности в виде линзы.
Капля жидкости, нанесенная на твердую поверхность, не сразу образует на ней краевой угол постоянного значения.
Капля жидкости растекается на твердой поверхности под воздействием притяжения молекул жидкости к молекуле твердого тела, в том числе по периметру капли на расстоянии действия молекулярных сил, а также под воздействием силы тяжести. Препятствуют растеканию когезионные силы притяжения молекул жидкости друг к другу. Растекание масел с присадками на металлических поверхностях часто происходит в несколько стадий.
Каплю жидкости (по прибавлении капли воды и охлаждении) смешивают с раствором дифениламина в концентрированной серной кислоте.
Каплю жидкости А помещают на серебряную монету. Быстрое появление коричнево-черного пятна, несмываю-щегося водой, указывает на присутствие серы.
Небольшую каплю жидкости, содержащей клетку, помещают на отшлифованный край капилляра камеры и с помощью микроскопа наблюдают клетку. Если клетка свободно плавает в жидкости, как, например, в случае Paramecium, то ее можно быстро внести внутрь трубки; в противном случае ее следует внести в капилляр с помощью тонкой иглы. После того как клетка внесена в капилляр, воду или жидкость, в которой находилась клетка, вытирают и с помощью смазанного тонким слоем вазелина покровного стекла закрывают отверстие камеры. Помещают трубку в воду внутреннего дьюаровского стакана и снова заполняют чашку раствором едкого натра. После того как приблизительно через час температурное равновесие будет достигнуто, тонкой пипеткой удаляют раствор щелочи из чашки и протирают ее ватным тампоном. Еще через час вводят мениск в поле зрения микроскопа. Увеличение микроскопа должно быть таким, чтобы в поле зрения укладывалось приблизительно 100 диаметров капилляра. В окуляр микроскопа должен быть вставлен окулярный микрометр. Наблюдают скорость перемещения мениска и записывают ее в единицах деления микрометрической шкалы. В процессе измерения периодически наблюдают за температурой и давлением; если они заметно меняются, результаты измерений считают ненадежными и отбрасывают.
Если капля жидкости образуется в результате инжекции газом, то возникающая внутри ее турбулентность столь велика, что диффузионное сопротивление ее поверхностного слоя оказывается весьма малым. Использование принципа инжекции позволяет осуществлять процесс абсорбции с большой степенью интенсивности.
Почему капля жидкости стремится иметь форму шара.
Если капля жидкости помещена в турбулентный поток несмешивающейся с ней жидкости, то возникает ее дробление под воздействием турбулентных пульсаций. При этом крупномасштабные пульсации, сравнительно мало изменяющиеся на расстояниях порядка размеров капли, не оказывают на нее воздействие; деформация и дробление производятся мелкомасштабными пульсациями. Эффект дробления в значительной степени зависит от того, что в турбулентном потоке скорость жидкости внешней фазы у поверхности глобул в двух ее точках будет различна.
Если капля жидкости покоится на поверхности, не смачиваемой этой жидкостью, то она сплющивается под действием тяготения. Однако поверхностное натяжение удерживает каплю от бесконечного уплощения, поскольку уплощение означает увеличение площади поверхности.
Если капля жидкости помещается на поверхности другой, несмешивающейся с ней жидкости или твердого тела, то она может либо растечься, либо остаться в виде нерастекающейся капли. Это всецело зависит от поверхностных натяжений обеих жидкостей и от межфазного натяжения между ними; то же самое справедливо, если нижняя фаза является твердым телом.
Ещё одно свойство воды – поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды, не имея над собой других молекул, связаны друг с другом значительно крепче. И это так называемое поверхностное натяжение позволяет некоторым существам, например, водомеркам, бегать по воде. А мы благодаря этому явлению можем пускать мыльные пузыри.
Результат:игла лежит на поверхности воды в стакане. Результат: игла лежит на поверхности воды в стакане. поверхностным натяжением Это потому, что молекулы на поверхности воды образуют плёнку, способную выдержать вес лёгкого тела. Это явление называется поверхностным натяжением. Оно стремится заключить воду как бы в мешочек. Если воды совсем мало, то поверхностное натяжение придаёт ей форму шара- капли.
Опыт 2. Форма капли С помощью пипетки нанесем на поверхность несколько капель воды и понаблюдаем за ее формойРезультат: 1 – 1капля: хорошо держится форма шара капель: вода растеклась по поверхности
Мы привыкли к мысли о том, что капля имеет форму шара. На самом деле она почти никогда не является шаром, хотя эта форма обеспечивает наименьший объем.
Капля, покоящаяся на горизонтальной поверхности сплющена.
Сложную форму имеет падающая в воздухе капля. И только капля, находящаяся в состоянии невесомости принимает совершенно сферическую форму.
Создать условия, близкие к состоянию невесомости можно, если скомпенсировать силу тяжести выталкивающей силой.
В моем опыте я использовала обычное растительное масло и воду. Так как плотность масла немного меньше плотности воды, то действие силы тяжести ослабевает и можно наблюдать разные стадии образования капли и ее отрыва.
В момент образования капли она приобретает вытянутую форму, т. к. несмотря на силы поверхностного натяжения, которые стремятся придать капле сферическую поверхность, сила тяжести, стремится расположить центр масс капли как можно ниже. Вытянутая форма – результат этих усилий.
По мере роста капли, ее основная масса собирается внизу и у капли появляется шейка.
Сила поверхностного натяжения направлена в противоположно силе тяжести. И в момент, когда сила тяжести хотя бы на немного превосходит силы поверхностного натяжения капля отрывается. Шейка в этот момент быстро сужается и капля отрывается.
При этом от шейки отрывается маленькая капелька, которая падает вслед за большой.
Наблюдая за процессом образования капель, я заметила, что маленькие капельки имеют форму шариков, а большие – вытянутые вдоль горизонтальной оси.
Чтобы объяснить это явление, попробуем определить радиус капли, при котором она перестает быть сферичной.
При равномерном движении капли сила тяжести должна быть уравновешена силами поверхностного натяжения.
А для этого необходимо выполнение условия:
ρgh = σ(/R (1), где ρgh – гидростатическое давление жидкости.
Здесь h = 2R; σ(/R – лапласовское давление внутри капли.
Здесь следует учесть, что σ(= 2σ (коэффициент поверхностного натяжения).
Перепишем уравнение (1) с учетом этих значений и выразим предельный радиус капли 2Rgρ = 2R²g ρ= 2σ R= =
Подставим численные значения в эту формулу:
(= 7,4 * 10н/м (= 1000 g = 10
R = = 2,7*10м = 2,7 мм
Это значит, что капелька воды будет иметь сферическую форму, если ее радиус не превышает 3 мм. На не смачиваемой поверхности капля сохраняет сферическую форму благодаря силам поверхностного натяжения. Но если гидростатическое давление становится больше лапласовского, капля растекается и дробится на более мелкие.
Аналогичный расчет можно сделать и для других жидкостей. Например, для керосина и ртути предельный радиус сферической капли (2 мм, для спирта – 1,7 мм.
Теперь понятно, почему капли не бывают слишком крупными.