STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN Struktura kapalin je něco mezi plynem a pevnou látkou Částice kmitají ale mohou se také přemísťovat Zvýšením teploty se ______________________________ a tím se zvýší tekutost kapaliny Malé vzdálenosti mezi molekulami mají vliv hlavně na vlastnosti povrchu kapaliny
POVRCHOVÁ VRSTVA KAPALINY Položíme – li minci na vodní hladinu prohne se, ale mince nespadne na dno, přestože je hustota mince větší než hustota vody. Jak je to možné?
Volný povrch kapaliny se chová jako tenká, pružná blána Mezi molekulami působí ______________________________ Kolem každé molekuly je tzv. ______________________________, která má poloměr přibližně jeden nanometr, což je několik mezimolekulových vzdáleností V prvních dvou případech jsou molekuly i celá jejich sféra působení uvnitř kapaliny a nenacházejí se tedy v povrchové vrstvě. Ve třetím případě je více molekul v dolní části sféry působení, na molekulu tedy působí větší síla směrem dolů než vzhůru. Ve čtvrtém případě je molekula na povrchu kapaliny a ostatní molekuly na ní působí výsledným směrem dolů, vzhůru působí pouze molekuly okolního vzduchu a tato síla je velmi malá. Ty molekuly, kterým zasahuje sféra působení do okolního vzduchu tvoří ______________________________, má tedy tloušťku ____________.
Na každou molekulu ležící v povrchové vrstvě působí sousední molekuly výslednou přitažlivou, která má směr ______________________________
________________________, z toho vyplývá, že povrchová vrstva má __________________________________, které říkáme ____________
Pro přenesení molekuly do povrchové vrstvy je nutné
Kapalina má snahu zaujmout takový tvar aby měla nejmenší možný povrch, energeticky aby měla ___________________________________. Proto volná kapalina vždy zaujme tvar koule, koule má za daného objemu nejmenší možný povrch. U větších kapek dochází k deformaci tíhovou silou.
?
OTÁZKY A ÚLOHY
1. Co je to povrchová vrstva a jaké má vlastnosti? 2. Jaká je tloušťka povrchové vrstvy a proč tomu tak je? 3. Proč kapalina zaujímá tvar s nejmenším povrchem?
POVRCHOVÁ SÍLA Mějme mýdlový roztok v drátěném rámečku s pohyblivou stranou AB. Nepůsobíme-li na stranu AB silou, pozorujeme
___________________________________________ ___________________________________________, protože ______________________________________ ___________________________________________ Blána má dva povrchy a v každém působí síla F, kterou nazýváme ___________________________________. Její velikost
_____________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ lze určit experimentálně a to tak, že
____________________________, je-li povrch zakřivený má směr ___________________________________________
V případě rámečku s mýdlovým roztokem má síla směr
Umístíme-li do blány gumičku a uvnitř blánu propíchneme budeme pozorovat _____________________________________
___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ Proč se kapka vody „utrhne“ od kohoutku vždy při stejné velikosti kapky?
___________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________
?
OTÁZKY A ÚLOHY
1. Co je to povrchová síla a jaké jsou její příčiny? 2. Jak lze experimentálně zjistit velikost povrchové síly? 3. Jaký směr má povrchová síla u zakřiveného povrchu?
POVRCHOVÉ NAPĚTÍ V předchozí kapitole jsme rozebrali povrchovou sílu u drátěného rámečku. Na čem bude záviset velikost této síly? Závisí na délce strany AB, proto povrchová síla není vhodnou veličinou, která by danou kapalinu popisovala. Nová veličina – povrchové napětí Povrchové napětí σ se rovná podílu velikosti povrchové síly F a délky l strany AB
σ=
F l
jednotka povrchového napětí je __________________
?
OTÁZKY A ÚLOHY
1. Jak je definováno povrchové napětí? 2. Proč používáme veličinu povrchové napětí?
JEVY NA ROZHRANÍ PEVNÉHO TĚLESA A KAPALINY Co budeme pozorovat u okrajů hladiny pokud do sklenice nalijeme vodu?
_________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ Co budeme pozorovat u okrajů hladiny pokud do sklenice nalijeme rtuť?
_________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ Důvodem těchto jevů jsou síly působící na částice, které jsou v povrchové vrstvě a zároveň jejich sféra působení zasahuje do stěny nádoby. Na tyto molekuly působí několik sil. Síla F1 je přitažlivá síla, kterou působí molekuly nádoby na molekuly kapaliny. Síla F2 je přitažlivá síla, kterou působí na
molekulu molekuly kapaliny. Tyto síly jsou svou velikostí významné. Dále na molekulu působí tíhová síla a přitažlivá síla molekul okolního vzduchu, tyto síly jsou co do velikosti zanedbatelné.
______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________. Pokud je jeho velikost 0o pak kapalina ______________________, pokud má úhel velikost 180o ______________________, Tomuto úhlu říkáme
v praxi se tyto případy nevyskytují, voda ve skle smáčí pod úhlem 8o a rtuť ve skle pod úhlem 128o. V případě, že by úhel byl 90o ____________________________________________. Zakřivení povrchu kapaliny způsobuje vznik přídavného kapilárního tlaku Pod vypuklým povrchem je vnitřní tlak oproti orodovnému povrchu o kapilární tlak větší, u dutého je naopak o tuto hodnotu menší. Z experimentů bylo odvozeno, že má-li kapalina volný povrch tvaru kolového vrchlíku pk =
2σ R
kde R je poloměr kulového povrchu u tenké bubliny se dvěma povrchy má tlak dvounásobnou hodnotu.
?
OTÁZKY A ÚLOHY
1. K jakým jevům dochází na rozhraní kapaliny a pevné látky? 2. Čím jsou tyto síly způsobeny? 3. Rozeber jevy na rozhraní podle velikosti stykového úhlu. 4. Jak vzniká kapilární tlak?
KAPILARITA Ponořme úzkou skleněnou trubičku svisle do vody, co budeme pozorovat?
______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________
U kapalin smáčejících stěny nádoby pozorujeme vždy ________________
_________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ ______________________________________________________________ U kapalin nesmáčejících stěny nádoby pozorujeme vždy
Souhrnně těmto jevům říkáme _____________________ Určíme výsku do které sloupec vody vystoupí, případně hloubku do které klesne. V místě kde končí sloupec a začíná vodní hladina je hydrostatický tlak sloupce a kapilární tlak stejný
hρ g =
2σ R
z toho:
Těchto jevů se využívá u vzlínavosti vody, nasávání petroleje do knotů a dalších
?
OTÁZKY A ÚLOHY
1. Co je to kapilarita? 2. Jak určíme výšku výstupu vodního sloupce?
TEPLOTNÍ OBJEMOVÁ ROZTAŽNOST KAPALIN U většiny kapalin s rostoucí teplotou roste objem, teplotní objemová roztažnost je přibližně stejná jako u pevných látek, V = V⋅ ⋅ (1 + β ⋅ ∆ t ) kde β je teplotní součinitel objemové roztažnosti kapalin. Pro větší teplotní rozdíly už není možné použít tento jednoduchý vzorec, ale V = V⋅ ⋅ 1 + β 1 ⋅ ∆ t + β 2 ∆ t 2
(
)
hustota se mění podle
ρ = ρ ⋅ ⋅ (1 − β ⋅ ∆ t )
Objemová roztažnost kapalin je obecně výraznější než u pevných těles Voda je, co se týká změny objemu ( a hustoty), mezi kapalinami výjimkou _________________________
______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________
?
OTÁZKY A ÚLOHY
1. Co je to anomálie vody a jak se projevuje? 2. Jak se mění objem s rostoucí teplotou u většiny kapalin?
