1598082719-8919f39816a16b7b9e8153327d533cc4 (805677), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Для сферической поверхности Рис. 14.7. йт= й,= й и Лр =— (14. 16) 74 Таково избыточное давление внутри пузырька газа радиуса находящегося внутри жидкости около ее поверхности. Избыточное давление внутри мыльного пузыря такого же радиуса вдвое больше, так как оно вызвано действием обоих поверхностных слоев тонкой сферической мыльной пленки: Лр = —. (14 17) и 3. Уровень жидкости в узких сосудах (капиллярах) отличен от уровня жидкости в сообщающемся с ними широком сосуде. Уровень жидкости в капилляре ниже, чем в сосуде (рис.
14.8 а), если жид- П1ЗЛЛа и Рмс. 14.8. 1 Нормальным сечением поверхности в точке А называют кривую, получающуюся в результате пересечения поверхности с плоскостью, проходящей через нормаль к поверхности в этой точке — 314— ность не смачивает стенки капилляра. Он выше, чем в сосуде, если жидкость смачивает стенки капилляра (рис. 14.8, б). Эти явления вызваны большой кривизной мениска жидкости в капилляре, а следовательно, большой величиной добавочного давления. В широком сосуде поверхность жидкости практически плоская н добавочное давление равно нулю.
Поэтому различие в уровнях жидкости в капилляре и сосуде зависит только от давления йр,. Алга. браическая сумма давления Лрв и гидростатического давления избыточного столба й жидкости в йапилляре должна быть равна нулю: лр„+ рлй = О, где р — плотность жидкости. Таким образом, высота поднятия жидкости в ка- пиллярах й= —— ая» Ра (! 4. 18) Если капилляр представляет собой круглую цилиндрическую трубку с радиусом канала г, то мениск имеет сферическую форму. Как видно из рис. 14.9, радиус мениска г (14 19) Рос. !4.9.
сов Вао' — Ь) сов а Добавочное давление Лр, и высота й поднятия жидкости в круглом капилляре соответственно равны: 2в 2а савв Лр = — =— й 2в а ~Рв (14.20) в Я= — —. 2сов а (14.21) Следовательно, в 2а сова Лр = — =— к й Ь Ф (14.22) — 315— В том случае, когда капилляр имеет форму узкой щели с постоянной толщиной б, мениск имеет цилиндрическую форму, причем его радиус 4. Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Так, например, влагообмен в почве осущес»вляется за счет поднятия воды по тончайшим капиллярам.
Поэтому перепахивание почвы, азрушающее эти капилляры, способствует сохранению в ней влаги. римерами капиллярных процессов являются процессы поднятия жидкостей по фитилям, впитывание влаги гигроскопическими телами и др. На явлении смачивания жидкостью одних твердых веществ и несмачивания других основан флотацнонныи метод обогащения руды. Принцип флотации состоит в следующем. Мелко измельченная порода, содержащая частицы руды и бесполезных примесей («пустой» породы), перемешивают с жидкостью, которая мачивает только частицы — — «пустой» породы.
Через эту смесь продувают воздух. Пузырьки воздуха «прилипают», к несмачиваемым жидкостью частицам руды и уносят их на поверхность. Частицы «пустой» породы, к которым пуп зырьки воздуха не прилипают, постепенно осаждаются на дно. Защита металлическдх поверхностей от коррозии с пс мощью масляных пленок основана иа несмачивании водой жирных поверхностей. Непромокаемую одежду изготовляют из тканей, которые ие смачиваются водой. Наоборот, при крашении важно, чтобы поверхность тела хорошо смачивалась красителем.
5. Существует ряд экспериментальных методов определения коэффициентов поверхностного натяжения жидкостей. Один из них основан на том, что при медленном вытеканни жидкости из круглой трубки сила тяжести капли Р в момент отрыва равна силе поверхностного натяжения, действующей по окружности «шейки» капли. Р = ап«(, (14.23) где д — диаметр «шейки» капли (рис.
14.!0). В опыте измеряют число и капель, образующихся при вытекании из трубки определенного объема У жидкости, Умножая обе части формулы (14.23) на п, получим пР = палИ, причем где р — плотность жидкости. — 316— Из последних двух формул следует г»д а= —. »ал (14 24) Диаметр д «шейки» капли находят либо путем фотографирования процесса отрыва капель, либо путем наблюдения этого процесса в теневой проекции. Другие методы определения а основаны на камере»ии силы, необходимой для отрыва кольца или пластины от поверхности смачивающей нх жидкости, на измерении высоты поднятия жидкости в капиллярах, давления внутри газового пузырька и т. д. ф 14.7.
Давление насыщенных перов нвд искривленной поверхностью жидкости где г — численное значение силы притяжения рассматриваемой моле- кулы остальными частицами жидкости, а к — расстояние, измеряемое от поверхности жидкости по нормали к ней !. Насыщенным паром называют пар, находяшийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твердым телом, имеюшими тот же химический состав. Между жидкостью и ее насыщенным варом существует динамическое («подвижное») равновесие: число молекул, вырывающихся за единицу времени из жидкости и переходящих в паровую фазу, равно числу молекул пара, возвращающихся в жидкость за то же время. Таким образом, непрерывно совершаются два взаимно компенсирую.цих друг друга процесса — испарение жидкости и конденсация пара.
Силы взаимного притяжения между молекулами жидкости противодействуют переходу молекул из жидкости в пар. Поэтому «испаряться» могут лишь наиболее быстро движущиеся молекулы, кинетическая энергия которых достаточна для совершения работы против сил притяжения этих молекул другими частицами жидкости. Эту работу можно назвать работой выхода молекул из жидкости, С повышением температуры увеличиваются скорости молекул и соответственно возрастает интенсивность испарения. При этом должен усилиться и компенсирующий процесс конденсации пара, идущий тем интенсивнее, чем болыпе концентрация молекул в паре, т.
е. чем больше его давление. Следовательно, с повышением температуры жидкости давление ее насыщенного пара возрастает. 2 Работа выхода для молекулы, находящейся на поверхности жидкости, Поскольку при х )~ )т„߄— радиус молекулярного действия> Р = О, выражение для А можно упростить: лм А=1 Р ° ах, (14.25) где Р— сила притяжения молекулы только теми частицами жидкости, которые находятся в сфере ее молекулярного действия.
При одном и том же расстоянии к от молекулы до поверхности жидкости, сила Р зависнт от формы этой поверхности. На рис. !4.!1 показаны случаи Рис Г4Л1. плоской поверхности, а также выпуклого и вогнутого менисков, имеющих радиус кривизны г. Точка 0 — центр кривизны мениска. Во всех трех случаях пунктиром показана сфера молекулярного действия молекулы М, переходящей из жидкости в паровую фазу, т. е. совершающей работу выхода А. Заштрихованная часть этой сферы заключена внутри жидкости. Общее число и находящихся в ней молекул жидкости пропорционально ее объему.
Из рис. 14.11 видно, что при одном н том же расстоянии х число молекул и, а следовательно, и сила Р в случае вогнутого мениска больше, а в случае выпуклого— меньше, чем прн плоской поверхности. По формуле (14.25) работа выхода также должна зависеть от формы поверхности жидкости: А.~. ~ А., ~ А.~' Следовательно, интенсивность испарения с вогнутой поверхности жидкости меньше, а с выпуклой больше, чем с плоской. Поэтому н давление насыщенного пара зависит от формы мениска: (14.
26) Рво (Р. (Р Это различие тем больше, чем меньше радиус кривизны свободной поверхности жидкости. Зависимостью давления насыщенного пара от $44.В. Кипение жидкостей 1. В з 13.3 мы кратко говорили о кипении жндк не вдаваясь в выяснение сущности этого явления Кипением называю процесс интенсивного испарения жидкости не только с ее свободной поверхности, но и по всему обьему жидкости внутрь образующих при этом пузырьков пара.
Пузырьки пара в кипящей жидкости быстро увеличиваются в размерах н, всплывая на поверхность, лопаются, Вследствие этого возникает характерное бурление кипящей жидкости. Давление р внутри газового пузыря, находящегося в жидкости, представляет собой сумму внешнего давления р„гидростатнческого давления вышележащих слоев жидкости р„. и добавочного давления Л р, вызываемого поверхностным натяжением: Р = Ро + Ря + ЛР (!4.27) причем 2« и Лр=-— Г Р„, =- Рйй где г — радиус пузырька пара, 6 — расстояние от его центра до поверхности жидкости, а р и а — плотность и коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Рост пузырьков пара, т. е. кипение жидкости, возможно только в том случае, когда температура жидкости такова, что давление р„ насыщенного пара внутри пузырька не меньше давления р, вычисляемого по формуле (14.27): Рп '-Ро+9Ф+ 9 г (14,28) Если условие (14.28) не выполнено, происходит «захлопываниев пузырька и конденсация находящегося в нем пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
