Энергии поверхностного слоя и поверхностное натяжение жидкостей

В поверхностных слоях на границе любых двух соприкасающихся тел сосредоточен избыток энергии — так называемая поверхностная энергия, пропорциональная площади поверхности. Избыток свободной энергии на 1 см поверхностного слоя называется поверхностным натяжением и возникает за счет работы, затрачиваемой на образование 1 см поверхностного слоя. Вследствие этого поверхность жидкости как бы образована пленкой, стремящейся сократиться. Поверхностное натяжение можно рассматривать и как силу, действующую на единицу длины линии, ограничивающей поверхность, перпендикулярно к ней и по касательной к поверхности, в сторону ее сокращения. [c.22]

Для жидкостей поверхностное натяжение численно равно удельной свободной поверхностной энергии. Для твердых тел дело обстоит сложнее здесь наряду со скалярной величиной удельной поверхностной энергии, численно равной поверхностному натяжению, рассматривается еще и иная величина, связанная с существующими в поверхностных слоях механическими напряжениями и с шероховатостью, которые имеют тензорный характер. Поэтому для поверхностей твердых тел существует еще один термин - поверхностное напряжение. [c.114]

Молекулы жидкости на границе между жидкостью и другой средой (воздухом, паром этой жидкости, стенками сосуда) образуют поверхностный слой. Внутри жидкости молекула испытывает со стороны окружающих её молекул воздействие, одинаковое во всех направлениях в поверхностном слое воздействия на молекулы со стороны жидкости и другой граничащей среды не одинаковы, равнодействующая всех сил направлена по нормали к поверхности пограничного слоя и зависит от свойств не только жидкости, но и другой среды. Молекулы слоя обладают большей потенциальной и свободной энергией, нежели молекулы внутри жидкости. Естественное стремление системы перейти к состоянию, отвечающему минимуму свободной энергии (по второму началу термодинамики), удовлетворяется выходом молекул из поверхностного во внутренние слои жидкости, что вызывает тенденцию сокращения слоя и создаёт в нём поверхностное натяжение. [c.450]

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение, а. На поверхностях раздела между газом и капельной жидкостью или между различными несмешивающимися капельными жидкостями за счет взаимного притяжения молекул возникают силы, которые заставляют поверхность раздела вести себя подобно натянутой перепонке. В любой жидкости на каждую ее молекулу, находящуюся на поверхности, со стороны окружающих молекул действуют притягивающие силы, имеющие результирующую в направлении, перпендикулярном поверхности, и поэтому все поверхности, кроме плоских, проявляют тенденцию к деформированию. Например, водяные капли в воздухе стремятся сжаться и приобрести шарообразную форму, поскольку среди всех фигур шар имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Наоборот, для растяжения такой сократившейся поверхности должна быть выполнена работа по вовлечению большего количества молекул в поверхностный слой. Эта работа равна свободной энергии поверхности, т. е. дополнительной потенциальной энергии, приходящейся на элемент иоверхности благодаря указанному выше действию притягивающих сил на молекулы жидкости, находящиеся вблизи поверхности раздела. Мерой этой свободной энергии является поверхностное натяжение, размерность которого определяется соотношением [c.26]

Поверхностное натяжение жидких металлов много выше поверхностного натяжения неметаллических неэлектролитов или расплавленных солей. В нескольких работах пытались с небольшим успехом объяснить. это с помощью теории металлов [501—503]. Причина неуспеха— очень скудные и разноречивые знания природы и имеющиеся в распоряжении экспериментальные данные. Главное значение этих работ в том, что они указывают на важность атомного поверхностного натяжения жидкостей — величины, зависящей от поверхностного натяжения и площади, занятой грамм-атомом или грамм-молекулой, расположенной в виде одноатомного слоя. На основе этого критерия атомную поверхностную энергию металлов можно считать почти равной энергии диэлектрических жидкостей. Однако некоторые разногласия несомненно возникают из-за допущения [501], что энергия взаимодействия и, следовательно, расстояние между атомами на поверхности такие же, как в объеме жидкости [502]. Похоже, что для свойств объема жидкости многого нельзя получить из измерений поверхностной энергии. [c.151]

Склеивание может происходить практически без введения энергии в место соединения благодаря силам адгезии (прилипания) между жидким клеем и молекулами поверхностных слоев твердого теЛа и химическим реакциям. Способность клея соединять изделия объясняется также силами остаточного химического сродства между находящимися на поверхности молекулами клея и склеиваемого материала. Эти силы примерно в 10—100 раз меньше основных сил химической связи в простых молекулах. Они, например, порождают у жидкостей явление поверхностного натяжения, способность смачивать или не смачивать поверхности различных материалов. В случае высокомолекулярных соединений, где мономерная молекула, повторяясь в полимере тысячи раз, образует макромолекулу, силы адгезии возрастают пропорционально росту молекулярного веса. Эти силы, имея электрическую природу, в значительной степени зависят от химической структуры клея и склеиваемого материала[27]. [c.15]

Адсорбционные слои ПАВ приводят к тому, что, например, поверхностный слой жидкости покрывается молекулами других веществ, которые обладают своей поверхностной энергией и поверхностным натяжением (рис. 3.20). Даже небольшое количество ПАВ оказывается способны существенно воздействовать на свойства жидкости. [c.77]

Первое предположение означает, что не учитывается поверхностное натяжение и силы инерции в жидкости. Оно оправдано, если радиус пузырька R существенно больше критического радиуса зародыша Rt, а скорость и ускорение радиального движения слоев жидкости на поверхности умеренные. Температура пара в пузырьке равна температуре насыщения Т (р ) при давлении системы. Ту же температуру имеет жидкость на границе пузырька. Поток тепловой энергии к границе пузырька, обусловленный температурным напором доо - Т , определяет интенсивность испарения жидкости внутрь пузырька. Ввиду постоянной плотности пара в пузырьке движение пара в нем отсутствует, а интенсивность испарения как и в динамической схеме роста, оказывается в соответствии [c.250]

Количественный показатель такого напряжения может быть выражен различными способами. Чаще всего для этого используется поверхностное натяжение 0, которое определяется как сила, действующая в плоскости поверхности, в расчете на единицу длины. Согласно этому определению, можно представить обратимый изотермический процесс, при котором площадь поверхности А жидкости увеличивается вследствие ее растяжения и создаются условия для перехода молекул из объема жидкости в пограничный слой. Дифференциальная обратимая работа будет равна а/с1А в этом случае а — поверхностная энергия Гиббса в расчете на единицу площади поверхности. Поскольку равновесные системы стремятся обладать минимумом свободной энергии (при постоянных температуре и давлении), произведение аЛ также стремится к минимуму. При фиксированном значении о равновесным является состояние, при котором площадь поверхности жидкости минимальна в соответствии с ограничениями системы. [c.513]

Если взять двухкомпонентную жидкость, молекулы компонентов которой имеют разные силовые поля, то эта жидкость также будет стремиться к сокращению поверхности. Однако, вследствие того, что молекулы компонента А, например, имеют большую интенсивность полей сил притяжения, приходящихся на одинаковые площади молекул, чем интенсивность полей сил притяжения молекул компонента Б, втягивание молекул комцонентов А и Б внутрь жидкости будет неодинаковым молекулы компонента А будут втягиваться внутрь жидкости сильнее, чем молекулы компонента Б, и на ее поверхности будет более высокая концентрация компонента Б, чем средняя концентрация этого компонента в массе жидкости. Такое обогащение поверхностного слоя компонентом Б, имеющим меньшую поверхностную энергию, называется адсорбцией. При адсорбции, следовательно, происходит снижение поверхностного натяжения жидкости с образованием тонкого поверхностного слоя и поверхности раздела между ним и жидкостью. [c.13]

Свойства вещества, находящегося на границе раздела фаз н в объеме, различны. Например, значения свободной энергии, эи.тропии и удельного объема вещества некоторого тонкого слоя на rpanime раздела между жидкостью и ее насыщенным паром отличаются от соответствующих значений в объеме жидкости или пара. Свободную поверхностную энергию определяют, измерив силу, действующую на единицу длины (в чистых жидкостях эта сила вызывает натяжение), или давление, обусловленное натяжением поверхности раздела. В большинстве случаев, встречающихся на практике, свободная поверхностная энергия нпчтожномала по сравненню со свободной энергией всей системы. Известно, что любая система находится в состоянии равновесия, когда ее свободная энергия минимальна. Свободная поверхностная энергия есть часть свободной энергии системы, поэтому [c.265]

Поверхностное натяжение является специфическим свойством жидкости и связано с ее молекулярной структурой. Молекулы на поверхности жидкости, взаимодействуя друг с другом, стремятся занять возможно меньщую площадь. Для того чтобы увеличить эту площадь, необходимо совершить работу по отрыву пх друг от друга. Работа, которую нужно затратить на увеличение площади, соответствует свободной энергии поверхностного слоя. Вследствие тенденции жидкости занять минимальный объем ее поверхность находится как бы в состоянии натяжения. В любой точке и во всех направлениях по поверхности это натяжение одинаково. Обычно оно выражается силой в динах, действующей под прямым углом на 1 см поверхности жидкости. [c.147]

Термодинамическая характеристика поверхности раздела двух фаз, определяемая работой обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности, называется поверхностным натяжением и измеряется в Дж/м или Н/м. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение можно рассматривать также как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объемах фаз. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмо-лекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объема тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равиа нулю, как в объеме тела, а направлена во внутрь той фазы, в которой силы сцепления больше. Для подвижных жидкостей поверхностное натяжение -величина, тождественно равная свободной поверхностной энергии. Благодаря поверхностному натяжению жидкость при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара, обеспечивая минимальную площадь поверхности и минимальное значение свободной поверхностной энергии. На легкоподвижных границах жид- [c.15]

Из соотношения (2.76), а также из анализа величины диссипации энергии в цикле сближения-удаления упругих тел с учётом адгезионных связей различной природы, изложенного в 2.4, следует, что адгезионная составляющая Fa силы сопротивления при качении зависит от плотности и формы неровностей, а также от величины поверхностной энергии и модуля упругости основания в случае сухих поверхностей и от модуля упругости основания, толщины пленки жидкости и её поверхностного натяжения - при взаимодействии смоченных поверхностей, а также при взаимодействии во влажной среде. При этом значение Fa возрастает с увеличением поверхностной энергии и уменьшением объёма жидкости в мениске, а также при уменьшении модуля упругости тел (для более мягких материалов). Кроме того, для смоченных поверхностей в некоторых случаях (например, большой слой жидкости на поверхности, малая величина поверностного натяжения, жёсткое основание) величина адгезионной составляющей сопротивления качению равна нулю. [c.129]

Поверхностное натяжение для большей части органических веществ при нормальной температуре составляет 20- 40 мН/м, для воды 72-75 мН/м, для жидких металлов 300— 600 мН/м. Если значение поверхностного натяжения приведено без указания соприкасающейся с жидкостью среды, следует считать, что она соприкасается с собственным паром или газом под малым давлением. Когда жидкость контактирует с другой жидкостью, газом под высоким давлением или твердым телом, свободная энергия граничного слоя уменьшается. В системе двух несмешивающих-ся жидкостей межфазное натяжение Ui существует на каждой границе раздела. Оно аналогично поверхностному натяжению между жидкостью и паром, и его оценивают по правилу Антонова O = I fi - < 2 I, где ai, аг — поверхностные натяжения жидкостей, измеряемые относительно общего газа. [c.29]

Поверхностное натяжение определяется как работа сг изотермич. и обратимого образования 1 см данного поверхностного слоя, т. е. как максимальная работа перевода в поверхностный слой необходимого для его образования числа молекул из объема граничащих фаз. Из самого определения следует, что сг м. б. легко измеряемо только для жидких поверхностей раздела (жидкость—газ или жидкость 1—жидкость 2), т. е. для поверхностей, образованных фазами, молекулы которых легкоподвижны и потому позволяют провести процесс образования нового поверхностного слоя практически вполне обратимо. Для твердых поверхностей раздела (твердое тело— жидкость или твердое тело—газ) обратимое проведение механич. диспергирования невозможно, и потому (Т не м. б. измерено обычными прямыми методами, связанными с увеличением поверхности. Поверхностное натяжение твердых тел на границе с окружающей средой—жидкостью или газом, м. б. приближенно оценено однако работой диспергирования, т. е. работой всегда определенным образом производимого, но необратимого измельчения тела (напр, со-шлифовывания, истирания или процарапывания). Такую работу или пропорциональное ей преодолеваемое усилие следует принять за меру твердости твердого тела. Твердость является т. о. мерой поверхностной энергии тела в данных условиях. Обычная шкала твердости дает расположение твердых тел (минералов) в порядке возрастания их поверхностной энергии (см. Склерометрия, Капиллярные явления и Поверхностное натяжение). Свободная энергия любого поверхностного слоя возрастает с увеличением различия в интенсивности молекулярных сил соприкасающихся фаз, т. е. с увеличением разности их полярностей, и следовательно изменяется обратно взаимной растворимости обеих фаз, образующих поверхность, а убывает почти линейно для чистых жидкостей на границе с собственным паром при повышении Г, обращаясь в О незадолго до критич. точки, при к-рой полярности обеих фаз выравниваются. При низких 1° а падает с Ь, причем для ассоциированных жидкостей кривая несколько выпукла, а для мало ассоциированных—почти линейна, что связано с практич. неизменяемостью полной поверхностной энергии Е с Т [c.199]

Всасывание жидкостей пористыми телами (куски сахара, кирпич, почва) также относится к капиллярным явлениям и име- j ет большое прикладное значение, особенно для учения о грунтах, почвоведения и технологии строительных материалов. Все К. я. обусловлены силами междумолекулярного сцепления, действующими как между частицами жидкости, так и между частицами твердой стенки и соседними частицами жидкости. Основными величинами при изучении К. я служат внутреннее давление К (молекулярное давление на плоской поверхности жидкости), поверхностное натяжение а, определяемое как работа образования единицы (1 см ) новой поверхности раздела, и краевой угол в — зтол, образуемый жидкой поверхностью с пересекающей ее твердой стенкой. Краевой угол даёт возможность измерять смачиваемость твердой стенки ва меру ее удобно принять величину В = os б. Поверхностное натяжение а является той избыточной свободной энергией, к-рой обладает слой (в 1 см ) жидкости вблизи поверхности раздела по сравнению с ее внутренними частями. Поэтому поверхность жидкости S самопроизвольно уменьшается (это связано с уменьшением свободной энергии = aS всей поверхности жидкости) и принимает под действием одних только междумолекулярных сил форму шара, отвечающую прп данном объеме наименьшей поверхности жидкости другой возможный самопроизвольный процесс,, связанный с понижением свободной поверхностной анергии жидкости, состоит в скоплении у поверхности раздела таких веществ из окрунгающей среды напр, растворенных ранее в самой жидкости), к-рые своим присутствием в поверхностном слое понижают а. Гиббс термодинамически показал, что скопление, т. е адсорбция, таких поверхностно активных веществ у любой поверхности раздела необходимо связано с понижением свободной поверхностной энергии этой поверхности, что количественно выражается ур-ием вида [c.473]

В другой работе 2 Лангмюир говорит Эта же самая теория была приложена к явлениям роверхностного натяжения вообще. Согласно этой теории, молекулы органических жидкостей располагаются в поверхностном слое таким образом, что их активные части оказываются обращенными внутрь, оставляя на долю менее активной части молекулы образование поверхности. Поверхностное натяжение есть мера потенщгала поля излучения поверхностного слоя атомов. Молекулы поверхностного слоя располагаются таким образом, что эта потенциальная энергия имеет минимальную величину. Поверхностная энергия жидкости не является, таким образом, свойством молекулы как целого, но зависит исключительно от наименее активных частей молекулы и от порядка, в котором они споссибны расположиться в поверхностном слое . [c.20]

На границе очищаемой поверхности и раствора имеется пограничный слой молекул, не уравновешенных жидкой средой. Молекулы слоя подвержеш>1 притяжению молекул всего объема этой жидкости, поэтому слой обладает избытком свободной энергии или адсорбционной активностью. Избыток свободной энергии определяет поверхностную энергию или натяжение. Поверхностное натяжение измеряют работой, которую необходимо затратить на увеличение поверхности жидкости на 1 см, а произведение поверхностного натяжения на величину поверхности называют свободной поверхностной энергией. Способность вещества понижать последнюю характеризует его поверхностную активность. Таким образом, вещества, способные понижать поверхностное натяжение раствора, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). [c.94]

Поверхностное натяжение. Граничный слой между жидкой и газовой фазами можно рассматривать как третью фазу со свойствами, промеж)ггочнымй между свойствами жидкости и газа. В этом слое, эффективная толщина которого всего несколько молекул, возникают весьма большие градиенты плотности и молекулярной энергии. [c.28]

При обычно принятых небольших приведенных скоростях пара через слой воды при низком (0,3—0,5 м/с) и при высоком давлении (0,1—0,2 м/с) отношение АЕк1АЕд составляет соответственно около 10 и 10 и, следовательно, образование мелких капель жидкости происходит в основном за счет поверхностного натяжения, освобождающегося при разрыве оболочек паровых пузырей, упрочняющихся при наличии растворенных или взвешенных в воде веществ. Образовавшиеся на поверхности зеркала испарения капли за счет их кинетической энергии будут подпрыгивать на высоту /под. Если высота подпрыгивания капель больше высоты парового пространства барабана, то капли могут быть унесены из него потоком пара. Если /подпотока пара в водяной объем барабана. Если относительная скорость капли равна скорости ее витания Швит, то высота подъе.ма капли будет неограниченно большой. [c.283]

Условия образования устойчивых эмульсий. Для образования устойчивой эмульсии из двух взаимно нерастворимых жидкостей необходимо присутствие третьего вещества, так называемого стабилизатора или эмульгатора. Эмульгатор всегда является поверхностно-активным веществом. Адсорбируясь на границе раздела двух фаз — частица эмульсии/дисперсионная среда, эмульгатор тем самым снижает поверхностное натяжение и, следовательно, уменьшает запас свободной поверхностной энергии, делая тем самым систему устойчивой. Однако не всегда вещества, сильно снижающие поверхностное натяжение, являются хорошими эмульгаторами. Вещество должно не только снижать, вследствие адсорбции поверхностное натяжение, но и образовавшаяся адсорбционная плёнка вокруг капелек эмульсии должна обладать высокой поверхностной прочностью (сопротивлением на разрыв). Поэтому хоро- щие эмульгаторы обычно имеют коллоидную природу и способны к сольватации, при этом они образуют наиболее прочные адсорбци-, онные слои. Кроме того, на устойчивость. эмульсий значительное влияние оказывает заряд частиц эмульсии чем он выше, тем более устойчива эмульсия. [c.354]

Распад турбулентных струй объясняется отчасти трением о воздух, но повидимому гл. обр. беспорядочным движением частиц жидкости, как это уже раньше указывалось Тиманом. Влияние беспорядочного движения частиц жидкости на рассеивание турбулентных струй рисуется Швейтцером сл. обр. При турбулентном течении в сопле у беспорядочно движущихся частиц жидкости имеются компоненты скорости, направленные от оси соплового отверстия радиально. Пока частицы еще находятся в отверстии сопла, эти радиальные компоненты скорости вызывают лишь удары о стенку отверстия, препятствие к-рой не м. б. преодолено, по выходе же из отверстия радиальные удары частиц разрывают упругую поверхность струи и вызывают ее распад. Т. о. для турбулентных струй энергия вихревого движения частиц топлива по выходе их из сопла отчасти тратится на преодоление поверхностного натяжения наружного слоя струи и ее распад. Отсюда вытекает, что распад турбулентной струи может произойти и без воздействия трения воздуха, что и подтверждается опытами [c.66]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...