Номер 3, страница 251 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 75. Свойства жидкости. Поверхностное натяжение. Глава 12. Жидкости и твердые тела - номер 3, страница 251.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Коэффициент поверхностного натяжения, обозначаемый греческой буквой сигма ($\sigma$), является физической величиной, характеризующей силы межмолекулярного взаимодействия на границе раздела фаз (например, жидкость-газ). Он зависит от нескольких ключевых факторов, изменяя которые, можно управлять величиной поверхностного натяжения. Основные способы изменения коэффициента поверхностного натяжения жидкости следующие:

1. Изменение температуры жидкости

Коэффициент поверхностного натяжения ($\sigma$) большинства жидкостей уменьшается с ростом температуры. Это связано с тем, что при нагревании увеличивается средняя кинетическая энергия молекул. В результате молекулы движутся быстрее, и среднее расстояние между ними увеличивается, что приводит к ослаблению сил межмолекулярного притяжения. При достижении критической температуры, когда исчезает различие между жидкостью и её насыщенным паром, коэффициент поверхностного натяжения становится равным нулю. Зависимость для многих жидкостей вдали от критической точки можно аппроксимировать линейной функцией: $\sigma \approx \sigma_0(1 - \beta T)$, где $\sigma_0$ — коэффициент поверхностного натяжения при $T=0$ К, а $\beta$ — температурный коэффициент.

2. Добавление примесей (растворенных веществ)

Наличие в жидкости растворенных веществ может как уменьшать, так и увеличивать коэффициент поверхностного натяжения. По этому признаку примеси делят на две группы:

– Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Это вещества (например, мыло, спирты, эфиры, моющие средства), которые, даже будучи добавленными в небольших количествах, значительно уменьшают поверхностное натяжение жидкости. Молекулы ПАВ адсорбируются (концентрируются) на поверхности жидкости. Силы притяжения между молекулами ПАВ и молекулами жидкости слабее, чем силы притяжения между молекулами самой жидкости, что и приводит к уменьшению $\sigma$.

– Поверхностно-инактивные вещества. Это вещества (например, соли, щелочи, сахар), которые при растворении незначительно увеличивают коэффициент поверхностного натяжения. Молекулы этих веществ сильнее взаимодействуют с молекулами растворителя (например, воды), чем молекулы растворителя между собой. В результате они "втягиваются" внутрь объема жидкости, а концентрация молекул основного растворителя на поверхности увеличивается, что приводит к росту сил сцепления и, как следствие, к увеличению $\sigma$.

3. Изменение среды, граничащей с жидкостью

Коэффициент поверхностного натяжения определяется на границе жидкости с другой средой (обычно газом или паром). Свойства этой среды также влияют на значение $\sigma$. Взаимодействие молекул жидкости с молекулами газа на границе раздела ослабляет взаимное притяжение молекул жидкости. Например, поверхностное натяжение воды на границе с воздухом будет отличаться от ее поверхностного натяжения на границе с ее собственным насыщенным паром или другим газом.

4. Электризация поверхности жидкости

Сообщение поверхностному слою жидкости электрического заряда приводит к появлению сил отталкивания между одноименными зарядами. Эти силы действуют против сил поверхностного натяжения, что приводит к его уменьшению. Этот эффект лежит в основе, например, электрокапиллярных явлений.

Ответ: Коэффициент поверхностного натяжения жидкости можно изменить путем: 1) изменения ее температуры (повышение температуры обычно уменьшает натяжение); 2) добавления примесей, которые могут как уменьшать (поверхностно-активные вещества, например, мыло), так и увеличивать (поверхностно-инактивные вещества, например, соль) поверхностное натяжение; 3) изменения газовой среды, с которой контактирует жидкость; 4) электризации поверхности жидкости.