Номер 2, страница 13 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Вопросы после параграфа. § 3. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Глава 1. Тепловые явления - номер 2, страница 13.

2. Приведите примеры смачивания и несмачивания водой различных поверхностей. Объясните явления на основе МКТ.

1. Что называют смачиванием?

Смачивание — это поверхностное явление, которое возникает на границе соприкосновения жидкости с твёрдой поверхностью. Оно заключается в способности жидкости растекаться по этой поверхности или, наоборот, собираться в каплю.

Степень смачивания определяется соотношением между силами притяжения молекул жидкости друг к другу (силами когезии) и силами притяжения молекул жидкости к молекулам твёрдого тела (силами адгезии). Для количественной оценки смачивания используют краевой угол $\theta$ — угол, который образуется между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности жидкости в точке их контакта.

• Если силы адгезии преобладают над силами когезии, жидкость смачивает поверхность. Краевой угол в этом случае является острым ($\theta < 90^\circ$). При полном смачивании $\theta = 0^\circ$.
• Если силы когезии больше сил адгезии, жидкость не смачивает поверхность. Краевой угол является тупым ($\theta > 90^\circ$).

Ответ: Смачиванием называют явление растекания жидкости по поверхности твёрдого тела, обусловленное взаимодействием молекул жидкости с молекулами твёрдого тела.

2. Приведите примеры смачивания и несмачивания водой различных поверхностей. Объясните явления на основе МКТ.

Примеры смачивания водой:

• Вода на чистой стеклянной поверхности растекается тонкой плёнкой.
• Капля чернил растекается по бумаге.
• Вода хорошо впитывается в хлопчатобумажную ткань или дерево.

Примеры несмачивания водой:

• Капли воды на жирной или вощёной поверхности (например, на парафине) собираются в шарики.
• Вода скатывается с перьев водоплавающих птиц, покрытых жировой смазкой.
• Ртуть на стекле не смачивает его, а образует почти сферические капли.

Объяснение на основе молекулярно-кинетической теории (МКТ):

Согласно МКТ, все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном движении и взаимодействуют друг с другом. Между молекулами действуют силы притяжения и отталкивания. Явления смачивания и несмачивания объясняются соотношением сил межмолекулярного взаимодействия.

• Смачивание: Происходит, когда силы притяжения между молекулами жидкости и молекулами твёрдого тела (адгезия) оказываются сильнее, чем силы притяжения между молекулами самой жидкости (когезия). Например, молекулы воды притягиваются к молекулам чистого стекла сильнее, чем друг к другу. В результате жидкость стремится увеличить площадь контакта с твёрдой поверхностью и растекается по ней.
• Несмачивание: Происходит, когда силы притяжения между молекулами жидкости (когезия) превосходят силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела (адгезия). Например, силы притяжения между молекулами воды значительно сильнее, чем их притяжение к молекулам парафина. Поэтому вода на парафине стремится сократить свою поверхность и собирается в каплю, минимизируя контакт с поверхностью.

Ответ: Примеры смачивания: вода на стекле, чернила на бумаге. Примеры несмачивания: вода на парафине, вода на жирной сковороде. Явления объясняются соотношением сил когезии (между молекулами жидкости) и адгезии (между молекулами жидкости и твёрдого тела): если адгезия сильнее — происходит смачивание, если когезия сильнее — несмачивание.

3. Какие явления называют капиллярными?

Капиллярными явлениями (или капиллярностью) называют физические явления, связанные с подъёмом или опусканием жидкости в очень тонких трубках — капиллярах (от лат. capillaris — волосяной), а также в пористых телах и узких щелях.

Эти явления обусловлены совместным действием сил поверхностного натяжения жидкости и сил взаимодействия жидкости с поверхностью стенок капилляра (смачиванием или несмачиванием).

• Если жидкость смачивает стенки капилляра (например, вода в стеклянной трубке), она поднимается по нему выше уровня жидкости в основном сосуде. Поверхность жидкости в капилляре (мениск) при этом вогнутая.
• Если жидкость не смачивает стенки капилляра (например, ртуть в стеклянной трубке), её уровень в капилляре опускается ниже уровня в основном сосуде. Мениск в этом случае выпуклый.

Капиллярные явления играют важную роль в природе и технике: подъём питательных растворов по стеблям растений, впитывание влаги почвой, пропитка тканей и бумаги, работа фитилей и т.д.

Ответ: Капиллярными называют явления подъёма или опускания жидкости в узких трубках (капиллярах) и пористых телах, вызванные силами поверхностного натяжения и взаимодействием жидкости со стенками.

4. От чего зависит высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре?

Высота поднятия (в случае смачивания) или опускания (в случае несмачивания) жидкости в капилляре зависит от нескольких факторов, которые описываются законом Жюрена. Формула для высоты $h$ выглядит так:

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

Исходя из этой формулы, высота $h$ зависит от следующих величин:

• Поверхностного натяжения жидкости ($\sigma$): Чем больше коэффициент поверхностного натяжения, тем на большую высоту поднимется или опустится жидкость. Зависимость прямая.
• Радиуса капилляра ($r$): Высота обратно пропорциональна радиусу капилляра. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается в ней жидкость.
• Плотности жидкости ($\rho$): Высота обратно пропорциональна плотности жидкости. Более тяжёлую жидкость поднять сложнее, поэтому высота подъёма будет меньше.
• Смачиваемости (краевого угла $\theta$): Высота пропорциональна косинусу краевого угла. Для смачивающих жидкостей $\theta < 90^\circ$, $\cos\theta > 0$, и жидкость поднимается ($h > 0$). Для несмачивающих жидкостей $\theta > 90^\circ$, $\cos\theta < 0$, и уровень жидкости опускается ($h < 0$).
• Ускорения свободного падения ($g$): Высота обратно пропорциональна $g$. На Луне, где $g$ меньше, та же жидкость в том же капилляре поднялась бы на большую высоту.

Ответ: Высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре прямо пропорциональна её поверхностному натяжению и косинусу краевого угла, и обратно пропорциональна радиусу капилляра, плотности жидкости и ускорению свободного падения.