Vlastnosti kvapalín

Kód ITMS projektu: 26110130519Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia

Vzdelávacia oblasť: Človek a príroda

Predmet: Fyzikálny seminár

Ročník: 3. ročník

Tematický celok: Štruktúra a vlastnosti kvapalín

Vypracoval: Mgr. Jolana Szanková

Dátum: jún 2013

Obsah

1. Základné vlastnosti kvapalín

2. Povrchová vrstva kvapaliny

3. Povrchové javy4. Guľový tvar kvapky5. Povrchová energia6. Povrchová sila7. Povrchová sila, povrc

hové napätie

2

8. Styk kvapaliny so stenou nádoby

9. Kapilárny tlak10. Kapilárne javy11. Použité zdroje

Základné vlastnosti kvapalín• kvapaliny sú tekuté, nadobúdajú tvar nádoby• stredná vzdialenosť medzi molekulami je 0,3 nm• krátkodosahové usporiadanie častíc (0,1 nm)• molekuly kmitajú okolo rovnovážnych polôh• menšie príťažlivé sily ako v pevnej látke• v tiažovom poli vytvárajú voľnú hladinu (v pokoji)• pri prúdení sa prejaví vnútorné trenie (viskozita)• majú stály objem, sú veľmi málo stlačiteľné• kvapalina podlieha kapilárnym javom

3

Povrchová vrstva kvapaliny• povrchovú vrstvu tvoria molekuly, ktorých

vzdialenosť od voľného povrchu je menšia ako polomer rm sféry molekulového pôsobenia

• voľný povrch kvapaliny sa správa ako tenká pružná blana (ihla, žiletka, minca plávajú na vode)

4

hmyz sa pohybuje na povrchu vodyhmyz sa pohybuje na povrchu vody

hustota kovov je väčšia ako hustota vodyhustota kovov je väčšia ako hustota vody

Povrchové javy• molekuly kvapaliny na seba navzájom pôsobia

príťažlivými silami, ktoré s rastúcou vzdialenosťou veľmi rýchlo klesajú

• na molekuly v povrchovej vrstve pôsobia ostatné molekuly silou, ktorá smeruje do kvapaliny (Fk )

• výsledná kohézna sila je kolmá na voľný povrch kvapaliny

5

rm - polomer sféry molekulového pôsobeniarm - polomer sféry molekulového pôsobenia

Vplyvom kohéznych síl je povrchová vrstva kvapalín pružná. Povrchová vrstva pôsobí na vnútro kvapaliny tlakovou silou, ktorá vyvolá kohézny tlak.

Vplyvom kohéznych síl je povrchová vrstva kvapalín pružná. Povrchová vrstva pôsobí na vnútro kvapaliny tlakovou silou, ktorá vyvolá kohézny tlak.

Guľový tvar kvapky• kvapky vody, či ortuti majú guľový tvar• odkvapkávanie vody z vodovodného kohútika,

kvapky vody na listoch rastlín• dve malé kvapky sa spoja do jednej väčšej

6

Prečo majú malé kvapky guľový tvar?Prečo majú malé kvapky guľový tvar?

Povrchová vrstva má povrchovú energiu E, ktorá je zložkou vnútornej energie kvapaliny. Kvapalina daného objemu nadobúda taký tvar, aby bol jej povrch čo najmenší, a tým bola minimálna povrchová energia. Guľa má pri danom objeme najmenší obsah povrchu. Voľné kvapky (hmly, rosy) majú guľovitý tvar.

Povrchová vrstva má povrchovú energiu E, ktorá je zložkou vnútornej energie kvapaliny. Kvapalina daného objemu nadobúda taký tvar, aby bol jej povrch čo najmenší, a tým bola minimálna povrchová energia. Guľa má pri danom objeme najmenší obsah povrchu. Voľné kvapky (hmly, rosy) majú guľovitý tvar.

Povrchová energia závisí priamo úmerne od veľkosti plochy S povrchu kvapaliny.

Povrchová energia závisí priamo úmerne od veľkosti plochy S povrchu kvapaliny.

Povrchová energia• je prírastok potenciálnej energie molekúl

povrchovej vrstvy vzhľadom na ostatné molekuly kvapaliny

• je zložkou vnútornej energie kvapaliny• závisí priamo úmerne od veľkosti plochy S povrchu

kvapaliny• konštanta úmernosti σ (povrchové napätie) závisí od

druhu kvapaliny a prostredia nad voľným povrchom kvapaliny

• jeho jednotkou je:

7

Povrchové napätie spôsobuje, že sa povrchová vrstva správa ako elastická blana.

Povrchové napätie spôsobuje, že sa povrchová vrstva správa ako elastická blana.

Meria sa ako plošná hustota energie povrchovej vrstvy kvapaliny.Meria sa ako plošná hustota energie povrchovej vrstvy kvapaliny.

Povrchová sila

8

blana má dva povrchyblana má dva povrchy

Povrchová sila, povrchové napätie

9

povrchové napätie sa rovná podielu povrchovej sily a dĺžky okraja povrchovej vrstvy

povrchové napätie sa rovná podielu povrchovej sily a dĺžky okraja povrchovej vrstvy

Styk kvapaliny so stenou nádoby• na rozhraní pevného telesa a kvapaliny môžu

nastať dva prípady:a) kvapalina zmáča stenu nádobyb) kvapalina nezmáča stenu nádoby

10

na molekulu pri stene nádoby pôsobia:- ostatné molekuly silou FN

- molekuly pevnej látky silou FK

- výsledná sila F pôsobiaca na molekulu

na molekulu pri stene nádoby pôsobia:- ostatné molekuly silou FN

- molekuly pevnej látky silou FK

- výsledná sila F pôsobiaca na molekulu

ak sila F smeruje von z nádoby - povrch je dutý,(napr. voda v sklenej nádobe)

ak sila F smeruje von z nádoby - povrch je dutý,(napr. voda v sklenej nádobe)

ak sila F smeruje do nádoby - povrch je vypuklý, (napr. ortuť v sklenej nádobe)

ak sila F smeruje do nádoby - povrch je vypuklý, (napr. ortuť v sklenej nádobe)

Kapilárny tlak

• výslednica povrchových síl Ft zakriveného povrchu kvapaliny je tlaková sila pôsobiaca kolmo na voľný povrch kvapaliny, ktorá vyvolá kapilárny tlak pk

• veľkosť kapilárneho tlaku pk závisí od povrchového napätia σ a polomeru zakrivenia voľného povrchu kvapaliny R

• pre kapilárny tlak platí:

• v užšej kapiláre je pk väčší

11

Fp – povrchová sila Ft – výsledná silaFp – povrchová sila Ft – výsledná sila

Kapilárne javy

Kapilárna elevácia• jav, pri ktorom voľná

hladina v kapiláre stúpa• nastáva pri kvapalinách,

ktoré zmáčajú steny nádoby

Kapilárna depresia• jav, pri ktorom voľná

hladina v kapiláre klesá• nastáva pri kvapalinách,

ktoré nezmáčajú steny nádoby

12

a - kapilárna eleváciab – kapilárna depresiaa - kapilárna eleváciab – kapilárna depresia

σ – povrchové napätieR – polomer kapiláryρ – hustota kvapalinyg – gravitačné zrýchlenie

σ – povrchové napätieR – polomer kapiláryρ – hustota kvapalinyg – gravitačné zrýchlenie

pre výšku (hĺbku) h kvapalinového stĺpca platí:pre výšku (hĺbku) h kvapalinového stĺpca platí:

13

Kapilárne javy

13

Použité zdroje

• Blaško M. a kol.: Fyzika - molekulová fyzika a termodynamika, SPN Bratislava 2004

• Svoboda E., Bartuška K.: Fyzika pre 2.ročník gymnázií SPN Bratislava 1993

• Tarábek, P. a kol.: Zmaturuj z fyziky, Didaktis, Bratislava, 2011

14

• http://www.gjar-po.sk/studenti/informatika/04_05/animacie_3c/simcik_ani.gif

• http://www.gjar-po.sk/studenti/informatika/04_05/animacie_3c/kapitancik_ani.gif