Chương VII: Hiện tượng căng bề mặt, lực căng bề mặt của chất lỏng
Chương VII: Sự chuyển thể: nóng chảy, đông đặc, hóa hơi, ngưng tụ
Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng là hiện tượng xảy ra tại bề mặt của chất lỏng, tại đó xuất hiện lực căng bề mặt của chất lỏng có xu hướng giữ cho diện tích của bề mặt chất lỏng là nhỏ nhất có thể.
Chương VII: Hiện tượng căng bề mặt, lực căng bề mặt của chất lỏng
1/ Các ví dụ về hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng:
Lực căng bề mặt của chất lỏng có xu hướng giữ cho diện tích mặt ngoài của chất lỏng là nhỏ nhất nên chất lỏng thường có dạng hình cầu nếu như không chịu tác dụng của trọng lực làm nó bẹp xuống.
Một giọt nước trên chiếc lá nơi trọng lực tác dụng vào giọt nước rất nhỏ nên giọt nước có dạng hình cầu. Một giọt nước rơi trong không khí, khi lơ lửng trong không khí, lực căng bề mặt của chất lỏng cũng giúp cho giọt nước có dạng hình cầu
Lực căng bề mặt của chất lỏng tạo ra một lớp màng mỏng ngăn chặn những vật có trọng lượng nhỏ như loài nhện nước có thể xuyên qua lớp màng mỏng đó ngập sâu vào trong nước, cũng nhờ thế mà nó có thể lướt đi nhẹ nhàng trên mặt nước.
Lực căng bề mặt của chất lỏng cũng đủ lớn để giữ cho một chiếc ghim giấy không bị chìm sâu vào trong lòng chất lỏng, tuy nhiên để làm được điều này bạn cũng cần một chút thủ thuật, nếu như cứ thả trực tiếp vào mặt nước nó sẽ bị chìm rất nhanh.
2/ Giải thích hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng
Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng xảy ra ở mọi chất lỏng, sự hình thành lực căng bề mặt chất lỏng là do lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng.
Bên trong lòng chất lỏng các phân tử chất lỏng ở cạnh nhau theo mọi hướng nên lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng bị chia nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh.
Đối với các phân tử chất lỏng ở bề mặt, do các phân tử chất lỏng xung quanh bị ít đi nên lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng không bị chia quá nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng giữ cho mặt chất lỏng luôn “căng”.
lực liên kết giữa các phân tử tại bề mặt chất lỏng lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử bên trong lòng chất lỏng, từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng
3/ Lực căng bề mặt của chất lỏng
Thí nghiệm xác định lực căng bề mặt của chất lỏng:
Dùng một khung hình chữ nhật trên đó có một thanh kim loại tròn, nhúng toàn bộ khung trên vào xà phòng tạo thành một lớp màng mỏng giữ cho thanh kim loại nằm cân bằng.
Lực căng bề mặt chất lỏng xuất hiện có xu hướng làm giảm diện tích của bề mặt chất lỏng
Phá vỡ một bên màng xà phòng, quan sát thí nghiệm ta nhận thấy lực căng bề mặt của chất lỏng có điểm đặt lên đường giới hạn của bề mặt chất lỏng (là phần đường bao quanh giới hạn bởi khung hình chữ nhật và thanh kim loại) và vuông với đường giới hạn, có phương tiếp tuyến với bề mặt của khối chất lỏng và có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng.
Bài tập vật lý hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng
Rượu có hệ số căng mặt ngoài là 21,4.10-3 N/m. Tính lực căng bề mặt của rượu khi nhúng một khung kim loại mỏng hình vuông cạnh 6cm vào trong nó.
Tóm tắt
σ=21,4.10-3 N/m; l=4.6.10-2 m (chu vi của hình vuông)
Lực căng bề mặt F=σ.2l=0,01 (N)
Lưu ý: lực căng bề mặt tác dụng lên đường bao quanh khung kim loại xuất hiện cả ở mặt trong và mặt ngoài của khung kim loại mỏng nên phải nhân đôi (x 2)