Vypracovala: Božena Horváthová
Jednoduché pokusy :
Malá minca môže plávať na voľnom povrchu kvapaliny. Pokus môžeme vyskúšať aj s ihlou, alebo so žiletkou.
Pohár môžeme naplniť kopcom. Mnohé ďalšie pokusy nájdete na stránke:
Na základe pokusov vidíme, že voľný povrch kvapaliny sa správa ako pružná blana.
Vysvetlenie prichádza z molekulovej fyziky.
Molekuly kvapaliny navzájom na seba pôsobia príťažlivými silami, ktorých veľkosť sa so vzdialenosťou zmenšuje.
Na obrázku vidíme, že okolo každej molekuly možno myšlienkovo opísať guľu s polomerom rm tak, aby sily, ktorými na túto molekulu pôsobia molekuly mimo tejto gule, boli zanedbateľné. Túto myslenú guľu voláme sféra molekulového pôsobenia. Jej polomer je rádovo 1nm.
Uvažujme najskôr o molekule, ktorej sféra molekulového pôsobenia je vo vnútri kvapaliny K1 a K2 .V tomto prípade výslednica príťažlivých síl sa rovná nule. Sféry K3 a K4 , molekuly sa nachádzajú vo vzdialenosti menšej ako rm .Výslednica F príťažlivých síl, ktorými pôsobia molekuly vo sférach na molekuly v stredoch, je kolmá na povrch kvapaliny a smeruje dovnútra kvapaliny. V hornej časti pôsobia molekuly plynu príťažlivou silou F´, opačného smeru ako je smer sily F, lebo hustota molekúl plynu je menšia ako hustota molekúl kvapaliny.
Vrstva molekúl, ktorých vzdialenosť od voľného povrchu kvapaliny je menšia ako polomer sféry molekulového pôsobenia, sa nazýva povrchová vrstva kvapaliny.
Ak chceme presunúť molekulu z vnútra kvapaliny do povrchovej vrstvy, treba vykonať prácu. Preto molekula v povrchovej vrstve má väčšiu potenciálnu energiu, ako keby bola vo vnútri kvapaliny. Povrchová vrstva má energiu, ktorá sa nazýva povrchová energia. Je zložkou vnútornej energie kvapaliny.
Sily, ktoré smerujú do vnútra kvapaliny spôsobujú, že kvapalina nadobúda taký tvar, aby jej povrch bol minimálny a tým bude aj povrchová energia minimálna. Pri danom objeme má guľa z geometrických telies najmenší obsah povrchu . Malé vodné kvapky napríklad rosa na kvetoch nadobúdajú tvar gule.
Okolnosť, že kvapalina sa snaží mať taký tvar, aby jej povrch mal čo najmenší obsah, môžeme chápať aj tak, že povrchovú vrstvu pokladáme za pružnú blanu, ktorá má snahu sa stiahnuť na plochu s najmenším obsahom.
Keď sa zmení povrch kvapaliny daného objemu o hodnotu ΔS, zmení sa povrchová energia o hodnotu:
ΔE = σΔS
Veličina σ sa nazýva povrchové napätie. Povrchové napätie závisí od druhu kvapaliny a prostredia nad voľným povrchom kvapaliny.
Pre niektoré kvapaliny sú hodnoty povrchového napätia v MFChT.
Napríklad pre vodu v styku so vzduchom pri teplote 20°C je σ = 73.10-3 Nm-1
Pre ortuť σ = 491.10-3 Nm-1
Úlohy:
1.) Aký tvar nadobudnú ľubovoľne veľké kvapky kvapaliny v beztiažovom stave?
2.) Prečo sa ťažko vyzlieka mokré oblečenie?
Použitá literatúra:
Emanuel Svoboda , Karel Bartuška - fyzika pre 2.ročník
gymnázií.
J. Pišút a kol. - Fyzika pre 2. ročník gymnázií