Номер 12, страница 436 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Примеры заданий для индивидуальной и групповой проектной деятельности - номер 12, страница 436.

Условие.

12. Изучите на опыте явление смачивания и капиллярность.

Решение.

Для изучения явлений смачивания и капиллярности можно провести следующие простые опыты.

Изучение явления смачивания

Цель опыта: Экспериментально наблюдать явления смачивания и несмачивания жидкости на различных поверхностях.

Оборудование и материалы: Чистая сухая стеклянная пластинка, пластинка, натертая парафином (от свечи), пипетка, стакан с водой.

Ход опыта:

1. С помощью пипетки аккуратно капните одну каплю воды на поверхность чистой стеклянной пластинки. Внимательно рассмотрите форму, которую приняла капля.

2. Возьмите вторую пластинку, натертую парафином. Капните на нее также одну каплю воды. Сравните ее форму с формой капли на стекле.

Наблюдения и объяснение:

На чистом стекле капля воды растечется, образуя очень плоскую лужицу. Это явление называется смачиванием. Оно объясняется тем, что силы притяжения между молекулами воды и молекулами стекла (силы адгезии) оказываются сильнее, чем силы притяжения между молекулами самой воды (силы когезии). В результате жидкость стремится увеличить площадь контакта с твердым телом. Краевой угол $ \theta $, образуемый поверхностью твердого тела и касательной к поверхности жидкости, для смачивающих жидкостей является острым ($ \theta < 90^\circ $).

На поверхности, покрытой парафином, капля воды не растекается, а сохраняет форму, близкую к сферической. Это явление называется несмачиванием. В этом случае силы когезии в воде преобладают над силами адгезии между водой и парафином. Капля стремится сократить площадь своей поверхности и, следовательно, площадь контакта с твердым телом. Краевой угол для несмачивающих жидкостей — тупой ($ \theta > 90^\circ $).

Ответ: Явление смачивания или несмачивания определяется соотношением сил молекулярного взаимодействия между жидкостью и твердым телом (адгезия) и внутри самой жидкости (когезия). Если адгезия сильнее когезии, происходит смачивание, если наоборот — несмачивание.

Изучение явления капиллярности

Цель опыта: Обнаружить явление подъема жидкости в тонких трубках и установить качественную зависимость высоты подъема от диаметра трубки.

Оборудование и материалы: Широкий сосуд (например, химический стакан или чашка Петри), подкрашенная вода (для наглядности), набор стеклянных капиллярных трубок с разным внутренним диаметром.

Ход опыта:

1. Налейте в сосуд подкрашенную воду.

2. Вертикально опустите в воду самую широкую из имеющихся капиллярных трубок. Наблюдайте за уровнем жидкости внутри трубки.

3. Поочередно опускайте в воду все более тонкие капилляры, каждый раз сравнивая высоту подъема жидкости в них с предыдущими.

Наблюдения и объяснение:

Во всех капиллярах уровень подкрашенной воды поднимется выше, чем в широком сосуде. При этом можно заметить, что чем тоньше капилляр (чем меньше его внутренний диаметр), тем на большую высоту в нем поднимается жидкость. Поверхность воды в капилляре будет вогнутой (так называемый вогнутый мениск).

Это явление называется капиллярным эффектом или капиллярностью. Оно является следствием смачивания и поверхностного натяжения. Так как вода смачивает стекло, она "подтягивается" вверх по стенкам трубки. Сила поверхностного натяжения, действующая вдоль границы соприкосновения жидкости со стенкой капилляра, создает подъемную силу, которая поднимает столб жидкости до тех пор, пока не уравновесится силой тяжести этого столба.

Высота подъема жидкости в капилляре $\text{h}$ описывается формулой Жюрена:

$ h = \frac{2\sigma \cos\theta}{\rho g r} $

где $ \sigma $ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости, $ \theta $ — краевой угол смачивания, $ \rho $ — плотность жидкости, $ g $ — ускорение свободного падения, а $ r $ — радиус капилляра. Из формулы видно, что высота подъема $\text{h}$ обратно пропорциональна радиусу $\text{r}$, что и подтверждается в опыте.

Ответ: Капиллярность — это явление изменения уровня жидкости в узких трубках (капиллярах) по сравнению с ее уровнем в широком сосуде, вызванное силами поверхностного натяжения на границе жидкости и стенок капилляра. Для смачивающих жидкостей наблюдается подъем уровня, причем высота подъема обратно пропорциональна радиусу капилляра.