Struktura a vlastnosti kapalin

 Struktura a vlastnosti kapalin

• – mají stálý objem, tvar ne – přizpůsobují nádobě
• – částice kapalin kmitají neustále kolem své rovnovážné polohy, díky kinetické energii z ní ale vždy po čase uniknou, zvýšením teploty snížíme dobu po kterou je částice v rovnovážné poloze(zvýšíme kinetickou energii částice) -> větší tekutost kapaliny(př. zahřání medu)
• – vzdálenosti mezi částicemi jsou menší než u plynů, působí na ně přitažlivé síly(ty ovlivňují vlastnosti kapaliny)
• – kinetická a potenciální polohová energie kapalin je přibližně stejně veliká
• – vrstva částic kapalin, jejíž vzdálenost od povrchu kapaliny je menší než sféra molekulového působení -> její šířka je průměr sféry molekulového působení
• – chová se jako pružná blána
• – mezi částicemi kapaliny působí přitažlivé síly -> v okolí každé částice kapaliny vzniká silové pole = sféra působení částice
• – pokud je celé silové pole částice pod hladinou, výslednice sil je nulová, pokud je ale vzdálenost molekuly od hladiny menší, než je poloměr sféry působení částice, výslednice sil není nulová a působí dovnitř kapaliny – je to výslednice přitažlivých sil, kterými na molekulu působí ostatní molekuly
• – na molekulu působí i přitažlivé síly plynu nad povrchem kapaliny, které jsou ale menší a je možné je zanedbat
• – při přemístění částice z vnitřku kapaliny do povrchové vrstvy je třeba vykonat práci, abychom překonali přitažlivé síly, kterými působí na částice v povrchové vrstvě ostatní částice, proto mají částice v povrchové vrstvě větší energii
• – jedná ze složek vnitřní energie, mají ji všechny částice povrchové vrstvy
• – rozdíl mezi vnitřní energii částic uvnitř kapaliny a částic v povrchové vrstvě, energie potřebná pro změnu povrchu
• – kapalina se snaží vždy mít co nejmenší povrchovou energii, proto se snaží mít co nejmenší povrch – nejmenší povrchu při stejném objemu mají koule, nebýt tíhové síly mají kapky tvar koule – tento jev se dá velice jednoduše prakticky dokázat, vytvoříme-li z mýdlového roztoku blánu v drátěném rámečky s jednou volnou stranou, blána se bude zmenšovat ve snaze mít co nejmenší povrch -> povrchovou energii
• – podíl povrchové síly a délky okraje povrchové vrstvy, na který působí povrchová síla kolmo

Povrchová vrstva kalapiny

Povrchová energie

Povrchové napětí

– popis děje na obrázku, 2,

• – závislé na druhu kapaliny, ale i na prostředí nad hladinou kapaliny
• – se zvyšující teplotou se snižuje
• – síla, která působí aby měla kapalina co nejmenší povrch
• – působiště je na hladině a působí směrem kolmým na hladinu

Povrchová síla

l – délka hladiny

– působí na všechny části rámečku s mýdlovou blánou, projeví se pouze na pohyblivé straně, proto se kapka drží v kapiláře – bude se držet tak dlouho dokud výslednice povrchových sil působících po obvodu povrchu kapky bude menší než tíhová síla

Jevy na rozhraní pevného tělesa a kapaliny

– vzájemné působení sil částice stěny nádoby(síla přilnavosti – F_p), plynu nad hladinou kapaliny a kapaliny v nádobě(síla soudržnosti- F_s) a tíhové síly

– tíhová síla a síla, kterou působí plyn na kapaliny jsou zanedbatelné – uvažujeme pouze sílu, kterou působí částice na stěnu nádoby a ostatní částice kapaliny na kapalinu

1. kapalina smáčí stěnu nádoby(adheze) – výslednice síly přilnavosti a síly soudržnosti směřuje ven z kapaliny a je tečna k povrchu kapaliny = vytváří dutý povrch(př. voda)

– F_p> F_s

2. kapalina nesmáčí stěnu nádoby(koheze) – výslednice síly přilnavosti a síly soudržnosti směřuje do kapaliny a je tečna k povrchu kapaliny = vytváří vypuklý povrch(př. rtuť)

– F_p< F_s

Stykový úhel

• – úhel, který svírá tečna hladiny se stěnou nádoby

– kapalina smáčí stěnu nádoby

– kapalina dokonale smáčí stěnu nádoby

– kapalina nesmáčí stěnu nádoby

– kapalina dokonale nesmáčí stěnu nádoby

– povrch je nezakřivený

kapilární tlak

• – kapilára = velmi úzká trubice
• – jevy na rozhraní kapaliny a nádoby v kapiláře vytváří přídavný tlak v kapalině – kapilární tlak, pod vypuklým povrchem(nesmáčí) je větší vnitřní tlak o kapilární tlak a pod dutým povrchem(smáčí) je vnitřní tlak menší o kapilární tlak

– platí pro ideální kapalinu, jejíž povrch je kulový, F je výslednice síly soudržnosti a síly pružnosti

– platí pro bublinu (má 2 povrchy)

– platí pro reálnou kapalinu

Kapilarita

• – elevace a deprese
• – způsobena kapilárním tlakem
• Elevace
• – ponoříme-li kapiláru do nádoby s kapalinou, která smáčí její stěny, vytvoří se dutý povrch pod kterým je tlak menší o kapilární tlak ve srovnaní s hydrostatickým tlakem kapaliny v nádobě, proto aby se kapilární tlak a hydrostatický tlak kapaliny v kapiláře vyrovnal zvedne se hladina kapaliny v kapiláře
• Deprese
• – ponoříme-li kapiláru do nádoby s kapalinou, která nesmáčí její stěny, vytvoří se vypuklý povrch pod kterým je tlak větší o kapilární tlak ve srovnaní s hydrostatickým tlakem kapaliny v nádobě, proto aby se kapilární tlak a hydrostatický tlak kapaliny v kapiláře vyrovnal klesne se hladina kapaliny v kapiláře
• – při kapilaritě se tedy vždy změna hydrostatického tlaku rovná tlaku kapilárnímu

– výška o kterou se zvedne/klesne hladina kapaliny v kapiláře

– pro reálné kapaliny

Teplotní objemová roztažnost kapalin

• – objem s teplotou roste u většiny kapaliny

– β – teplotní součinitel objemové roztažnosti kapaliny, vyšší než u pevných látek

• – využití ve rtuťových teploměrech
• – objem vody se při zahřívání od 0 do 4 stupňů zmenšuje, ve 4 stupních dosáhne voda maximální hustoty a poté už se objem zvětšuje
• – díky vodíkovým můstkům

Anomálie vody

• – objem vody se při zahřívání od 0 do 4 stupňů zmenšuje, ve 4 stupních dosáhne voda maximální hustoty a poté už se objem zvětšuje
• – díky vodíkovým můstkům