10) Struktura a vlastnosti kapalin
Povrchová vrstva a energie
Víme:
Kapaliny tvoří přechod mezi pevnými látkami a plyny
Molekuly kapaliny neuspořádaně kmitají kolem rovnovážných poloh, které se s časem mění
POKUS:
chování mince na povrchu kapaliny,
mince má větší hustotu něž voda, přesto se nepotopí
↓
Povrch kapaliny se chová jako tenká pružná blána.
Vysvětlení:
povrchová vrstva = vrstva molekul, jejichž vzdálenost od povrchu kapaliny je menší než sféra molekulového působení
Na každou molekulu ležící v povrchové vrstvě kapaliny působí sousední molekuly výslednou přitažlivou silou směřující do kapaliny.
↓
k posunutí molekuly z vnitřku kapaliny na její povrch je třeba překonat tuto sílu (vykonat práci)
molekuly v povrchové vrstvě mají větší Ep než uvnitř kapaliny
rozdíl této energie = POVRCHOVÁ ENERGIE MOLEKUL
E = σ . Δ S
(jedna ze složek vnitřní energie molekul)
POKUSY S RÁMEČKY:
síly směřující dovnitř kapaliny způsobují, že kapalina daného objemu nabývá takového tvaru, aby obsah jejího povrchu byl co nejmenší
Povrchová síla a povrchové napětí
Povrchová síla
Další příklady projevu povrchové síly:
Povrchové napětí
Příklad:
Povrchová síla, povrchové napětí
POKUS:
rámeček s volnou příčkou ponořen do roztoku saponátu s vodou
↓
pohyb volné příčky k pevnému okraji
vysvětlení: na volnou příčku působí v povrchové vrstvě síla, která se nazývá povrchová síla
Odvození základních vztahů:
víme, že platí:
E = σ . Δ S E ... povrchová síla
E = σ . l . Δx . 2 (2 povrchy)
také platí:
Δ E = W
W = F . s
W = F . Δx . 2 (2 povrchy)
W = ΔE
F . Δx . 2 = σ . l . Δx . 2
F = σ . l
F .......... povrchová síla; l .......... délka okraje povrchové blány
σ (sigma) .......... POVRCHOVÉ NAPĚTÍ
veličina závislá na druhu kapaliny,
jednotka: N . m-1,
pro danou látku je konstantní
σ = F / l
Povrchové napětí je rovno podílu velikosti povrchové síly a délky okraje povrchové blány, na který síla působí kolmo k povrchu kapaliny.
Důkazy na kolmost:
pokus s rámečkem a nití
Jevy na rozhraní pevného tělesa a kapaliny
Kapilarita a její užití
Teplotní objemová roztažnost kapalin
při zvyšování teploty pozorujeme u většiny kapalin zvětšení jejich objemu
obecně platí:
V ... objem kapaliny po zahřátí
V
1
... počáteční objem kapaliny (při teplotě t
1
)
Δt = t - t
1
... rozdíl teplot
β ... teplotní součinitel objemové roztažnosti kapalin (β
kapalin
> β
pevných látek
)
např.: při 20°C
β
voda
= 1,8 · 10
-4
K
-1
β
petrolej
= 9,6 · 10
-4
K
-1
β
líh
= 11 · 10
-4
K
-1
změna hustoty kapaliny při změně teploty:
ρ ... hustota kapaliny po zahřátí
ρ
1
... počáteční hustota
