Сұйықтың беткі қабатының қасиеттері. жұғу, капиллярлық құбылыстар. Физика, 10 сынып, дидактикалық материал.

1 топ тапсырмасы:

1. «Беттік керілу» мақаласымен танысу.

2. Сұрақтарға жауап беру:

• Беттік керілу деп қандай құбылысты атайды?
• Беттік керілу құбылысын қайда бақылауға болады?
• Беттік керілу қандай шамалармен сипатталады?

3. Тәжірибе орындау:

«Өмірлік жағдайларда сұйықтар пішін зерттеу».

Құрал-жабдықтар: алюминий, мыс, шыны, парафин пластинкалар; күнбағыс және зәйтүн майы; судағы спирт ерітіндісі, сым, шприц немесе шыны түтік.

Жұмыс барысы

1. Май мен су тамшыларын алюминий, мыс, шыны, парафин пластиналарға тамызыңдар.

2. Тамшы пішіндерін бақылаңдар және суретін салыңдар.

3. Сұйық және қатты денелер молекулаларының әрекеттесуі жайлы қорытынды жасаңдар.

4. Нәтижелерді кестеге енгізіңдер.

5. Шыны түтік немесе шприц арқылы спирт пен су қоспасына зәйтүн майын енгізіңдер.

6. Май тамшысының бетін бақылаңдар.

7. Май шар центрі арқылы сымды өткізіңдер және айналдырыңдар.

8. Тамшы пішіні қалай өзгеретіндігін байқаңдар.

9. Сұйық беті пішіні туралы қорытынды жасаңдар .

10. Үлгі бойынша орындалған жұмыс туралы есеп дайындаңдар:

Беттік керілу

 Беттік керілу — екі фазаның (дененің) бөліну бетінің термодинамикалық сипаттамасы. Өлшем бірліктері Дж/м² немесе Н/м. Беттік керілуді бөліну беті сұйықтық болған жағдайда, бет контурының ұзындық бірлігіне әсер ететін және фазалардың берілген көлемдерінде бетті ең кіші шамаға (минимумға) дейін жиыруға ұмтылатын күш ретінде де қарастыруға болады. Екі қоюланған (конденсацияланған) фазаның шекарасындағы беттік керілу, әдетте, фазааралық керілу деп аталады. Жаңа бетті түзетін жұмыс, зат молекулаларын дене көлемінен беттік қабатқа ауыстыру кезіндегі молекулааралық ілініс күшін жеңуге жұмсалады. Беттік қабаттағы молекулааралық күштердің тең әсерлі күшінің шамасы дене көлеміндегідей нөлге тең болмайды әрі ол ілініс күштері көбірек болатын фаза ішіне қарай бағытталады. Сонымен беттік керілу беттік (фазааралық) қабаттағы молекулааралық күштердің теңгерілмеуінің өлшемі болады.

Жылжымалы сұйықтық үшін беттік керілу — еркін беттік энергияға тепе-тең шама. Сыртқы әсер болмаған жағдайда сұйықтық беттік керілудің салдарынан шар (бет мейлінше кіші және еркін беттік энергияның мәні барынша аз болатын жағдай) пішіндес болады. Егер фазалардың көлемдері молекулалардың өлшемдерімен салыстырғанда жеткілікті үлкен болса, онда беттік керілу беттің шамасы мен пішініне тәуелді болмайды. Беттік керілу температураның жоғарылауынан, сондай-ақ, беттік белсенді заттардың әсерінен азаяды. Сұйықтық пен газдың (будың) немесе сұйықтық пен сұйықтықтың оңай жылжымалы шекарасындағы беттік керілуді әр түрлі жолмен өлшеуге болады.

Сабын көпіршіктерін үрлеуді балалар әуес көреді. Ал ойынның осы түрінен де құнды мәлімет алуға болады екен. Сабын көпіршігі үрленіп созылған балалар шарына ұқсайды

Сондай-ақ әрқайсың жапырақ бетіндегі таңғы шыққа құмарта қараған боларсыңдар. Балауыз бетіндегі су тамшыларының да осындай пішіні болады. Неліктен олар жайылып кетпейді? Күнделікті өмірден сұйық өзі құйылған ыдыстың пішінін алатынын және оның меншікті пішіні болмайтынын білеміз. Ал бірақ бұл әр уақытта орындала бермейді екен. Сұйықтың бетінде орналасқан М₁ молекуланы және оның ішіндегі М₂ молекуланы қарастырайық. Сұйық ішіндегі М₂ молекула барлық жағынан басқа молекулалармен қоршалған және олар оны барлық жағынан бірдей «тартады». Сұйық бетіндегі М, молекуланың жоғарғы жағында ондай көршілері жоқ (Газ (атмосфера) тығыздығының сұйық тығыздығынан едәуір аз екенін есімізге түсірейік). Оны, негізінен, сұйық ішіндегі молекулалар тартады. Сондықтан сұйық бетіндегі әрбір молекула оның ішіне енуге бейім болады. Алайда барлық молекулалар сұйық ішіне ене алмайды. Сұйық бетіндегі молекулаларды одан төмен орналасқан молекулалар ғана емес, оның бетіндегі көршілес молекулалар да тартады. Бұл күштердің қорытқы күші сұйықтың беттік керілуін береді. Ол сұйықтың беттік қабатында әрекет ететін күшпен сипатталады және F_бет беттік керілу күші деп аталады.Бұл күш сұйық бетін ықшамдауға әрекет етеді. Көлемдері бірдей денелердің ішінде шардың беттік ауданы ең кіші болады. Таңғы шықтың, сабын көпіршіктерінің және т. б. шар пішінді болуы осымен түсіндіріледі.

F_кер=σl

σ –беттік керілу коэффициенті. Өлшем бірлігі (1 Н/м = 1 Дж/м²).

Сырты сәл ғана майланған ұстара жүзін немесе инені абайлап, су бетіне салайық. Ұстара жүзі суға батпайды, су беті сәл ғана иілгендей болады. Ал егер оны тереңірек батырсақ, онда батып кетеді. Демек, мұнда да беттік қабаттағы молекулааралық күштер ұстара жүзінің төменгі су қабатына өтуіне мүмкіндік бермейді.

Енді сұйық қабыршақпен жасалған тағы да бірнеше тәжірибені қарастырайық. Сымнан жасалған сақина алып, оның екі жерін жіппен қосайық. Сақинаны сабын ерітіндісіне салып, сабын қабыршағын алайық. Егер жіптің бір жағындағы қабыршақты инемен тесіп жіберсек, онда қабыршақтың екінші жағы жиырылып, жіпті өзіне қарай тартатынын байқаймыз. Әр түрлі пішінде иіліп жасалған сымдармен осындай тәжірибе жасау, оларда пайда болатын қабыршақтардың да пішіндері әр түрлі болатынын көрсетеді. Бірақ бұлардың бәрінде де сабын қабыршақтары берілген бет аумағында мүмкін болатын ең аз ауданды алуға тырысады.

E_p = A_сырт = σS.

Бұл тәжірибелер сұйықтың беттік қабаты әрқашан керілу күйінде болатынын көрсетеді. Беттік керілу табиғатта да, біздің күнделікті өмірімізде де үлкен рөл атқарады. Беттік керілу болмаса, қолымызды сабындап жуа алмаған болар едік. Сәл ғана жауған жаңбыр кез келген киімнен өтіп кетіп, денеміздің малмаңдай су болғанына куә болар едік. Егер Жердің тартылыс күші болмаса, онда беттік керілу сұйыққа сфералық пішін берген болар еді. Тамшы неғұрлым кіші болған сайын соғұрлым, ауырлық күшіне қарағанда, беттік күштер үлкен рөл атқара бастайды. Сұйықтың беттік қабатында әрекет ететін күштер көптеген сұйықтарға тән табиғат құбылыстарын (тамшының, көпіршіктің және т.б. пайда болуы) түсіндіреді.