» мы сталкивались с таким явлением, как капля воды (в статьях «Капля воды — как она есть » и «Сколько весит капля воды «). За шарообразную форму воды отвечает поверхностное натяжение. Попробуем сегодня поговорить про фильтры для воды, поверхностное натяжение и здоровье . Посмотрим, есть ли здесь какая-нибудь важная (или полезная) взаимосвязь. А заодно посмотрим видео воды в невесомости.
Поверхностное натяжение воды и здоровье редко встречаются вместе. Обычно встречаются «минералы и здоровье», «живая и мёртвая вода «, « и «, «окислительно-восстановительный потенциал и здоровье» и так далее. Что на наш взгляд, странновато 🙂
Есть мнение: сниженное поверхностное натяжение воды хуже (лучше) влияет на человека. И причина — фильтры для воды. Ибо меняют его.
Натяжение — приложение силы к чему-то в разные стороны. Например, десять человек тянут простыню в разные стороны. Натяжение простыни увеличивается. На простыню даже можно попробовать спрыгнуть с высоты и не сильно удариться 🙂
Поверхностное натяжение воды — силы тянут поверхность в разные стороны.
Получается, что поврехность воды натягивается? За счёт чего она натягивается, что, так сказать, «тянет простыню»? Из-за строения молекулы воды. Как вы помните, молекула воды имеет положительный и отрицательный полюса. Которые образуют друг с другом водородные связи.
В объёме жидкости молекулы притягиваются отовсюду, силы притяжения уравновешены. А на поверхности — натяжение идёт только «снизу». Силы не уравновешены, поверхность тянет сама себя. И когда ей не мешает сила тяжести (например, в невесомости), эта сила добивается своего, вода в невесомости превращается в шар.
Иначе: молекулы в пограничном слое, в отличие от молекул в ее глубине, окружены только наполовину. Водородные связи тянут их внутрь и натягивают поверхность. Примерно так же было бы, если бы наши 10 человек завернулись в простыню и тянули её внутрь изо всех сил. Они образовали бы нечто вроде шара. Но между людьми есть пустоты, куда простыня может залезть. А у воды пустот нет. Вот мы и получаем идеальный шар 🙂
Если уж совсем глубоко копать: если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (то есть увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил, пропорциональную изменению площади поверхности. Итак, сила поверхностного натяжения равна силе, которая должна быть приложена, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу площади. Для справки: поверхностное натяжение воды 0,07286 Н/м.
Примеры поверхностного натяжения из Википедии:
- В невесомости капля принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех фигур одинаковой ёмкости).
- Струя воды «слипается» в цилиндр.
- Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади жидкости. Так, на поверхности воды может плавать иголка, маленькая монета.
- Некоторые насекомые (например, водомерки) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения.
- На многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли.
Теперь переходим к фильтрам и поверхностному натяжению воды.
Могут ли они иметь какое-либо отношение к поверхностному нятяжению?
Пройдём весь путь воды.
- Вода сначала идёт на фильтр грубой очистки, где уходит песок и прочие соразмерные частицы.
- Далее, чаще всего, вода проходит через фильтр с активированным углём. Удалены хлор (если он есть) и органика (если уголь это может).
- Обычно далее обратный осмос — полупроницаемая преграда; в стакан вытекает чистая вода, а прочие соли и т.д. сливаются в канализацию.
На каких этапах с водой происходит нечто, что меняет её способность держаться за саму себя? То есть, меняет поверхностное натяжение? Если это и есть, то на стадии обратного осмоса, ведь вода протискивается сквозь очень маленькие волокна и в некотором роде взвихривается.
Примерно то же самое происходит при кипении (тоже очистка воды) — объём воды дробится на более мелкие относительно неподвижные части. Кстати, в результате получается температурно-активированная вода . У которой, согласно ряду исследователей, поверхностное натяжение меньше, чем у исходной воды.
К сожалению, точных данных, насколько снижается поверхностное натяжение при кипении или очистке обратным осмосом, мы не нашли.
Ещё один пример — электромагнитная обработка воды. Здесь снижение поверхностного натяжения подтверждается интересным опытом. Так, растения, которые поливаются солоноватой водой, плохо растут. Причина — им сложно втягивать воду с солями, соли плохо выпускают воду в растение. Однако, солоноватая вода после электромагнитной обработки легче проходит в растения, и они не настолько сильно подавлены.
Однако, и здесь численных данных и опытов нет.
Теперь возвращаемся к основному вопросу:
Связаны ли поверхностное натяжение и здоровье?
Опять же, экспериментальных данных нет. Но можно предположить теоретически, на основе наших знаний о поверхностном натяжении воды.
Так, чем меньше поверхностное натяжение воды, тем лучше она всасывается в клетки (поскольку не сопротивляется и не препятствует поверхностное натяжение). Следовательно, из клеток будут быстрее выводиться продукты метаболизма и прочие вредные вещества. В целом, организм будет в большей степени здоров, чем тот, у которого продукты обмена веществ и ядовитые вещества выводятся медленнее.
Так что вывод прост:
Если фильтры и уменьшают поверхностное натяжение, то на здоровье это не повлияет.
По материалам http://voda.blox.ua/
Молекула М 1 расположена на поверхности жидкости и взаимодействует не только с молекулами внутри жидкости, но и с молекулами на поверхности жидкости, расположенными в пределах сферы молекулярного действия. Для молекулы М 1 равнодействующая молекулярных сил, направленных вдоль поверхности жидкости равна нулю, а для молекулы М 2 , расположенной у края поверхности, R ≠ 0 .
Из рис. 21 видно, что сила направлена по нормали к границе свободной поверхности жидкости и по касательной к самой поверхности.
Молекулярные силы, направленные вдоль поверхности жидкости, действуют на любую замкнутую линию на свободной поверхности жидкости по нормали к этой линии таким образом, что стремятся сократить площадь поверхности жидкости, ограниченную замкнутой линией.
рис. 21
Например, на проволочном кольце укрепляется нитка длиной l (рис. 22, а). Если затянуть кольцо мыльной плёнкой, то нитка свободно расположится на этой плёнке, т.к. молекулярные силы будут стремиться сократить площадь поверхности, ограниченную как верхним замкнутым кругом, так и нижним. Прорвём плёнку с нижней стороны нитки. Тогда молекулярные силы сократят поверхность, ограниченную верхним контуром, и натянут нитку (рис. 22, б).
рис. 22
Сила F Н, обусловленная взаимодействием молекул жидкости, вызывающая сокращение площади её свободной поверхности и направленная по касательной к этой поверхности, называется силой поверхностного натяжения.
Выясним, от чего зависит сила F Н. На проволоке, изогнутой в виде буквы «П», укрепляют подвижную перемычку АВ (рис. 23). Рамку опускают в мыльный раствор. После вынимания рамки из раствора, перемычка перемещается вверх из положения 1 в положение 2 под действием сил поверхностного натяжения; l – длина перемычки.
Работа, совершаемая силами поверхностного натяжения при перемещении перемычки из 1 в 2
С другой стороны 
(86)
рис. 23
Коэффициент «2» в обеих формулах нужен, т.к. у поверхности плёнки две линии соприкосновения с перемычкой.
тогда (88) –поверхностное натяжение равно силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости.
Значит, жидкость принимает форму, при которой её площадь свободной поверхности наименьшая, т.к. силы молекулярного давления втягивают молекулы с поверхности внутрь жидкости, а силы поверхностного натяжения сокращают площадь свободной поверхности, т.к. закрывают образовавшиеся «окна» на этой поверхности.
Вопросы для самоконтроля:
1. Определение времени оседлой жизни. От чего зависит это время?
2. Перечислите свойства жидкости.
3. Почему молекулы поверхностного слоя втягиваются внутрь жидкости?
4. Определение и причина возникновения молекулярного давления.
5. Определение свободной энергии поверхностного слоя жидкости.
6. Формула работы молекулярных сил по уменьшению площади свободной поверхности жидкости. От чего зависит работа молекулярных сил?
7. Определение, единица измерения и формула для расчёта коэффициента поверхностного натяжения жидкости.
8. Определение и формула для расчёта силы поверхностного натяжения.
9. Почему воду можно налить в стакан выше его краёв?
10. Деревянный кружок, покрывающий воду легче снять, поднимая его не плашмя, а ребром. Почему?
11. На основании молекулярно-кинетической теории строения вещества объясните способность жидкостей принимать сферическую форму в невесомости.
12. Почему бывает трудно налить жидкость в пузырёк с узким горлом?
13. Некоторые насекомые могут свободно передвигаться по поверхности воды, как по твердой поверхности, другие, коснувшись воды или попав под её поверхность, не могут из неё выбраться и погибают. Как объяснить эти явления?
Тема: «Смачивание и капиллярность»
Смачивание. Краевой угол
Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть её, то ртути на ней не окажется. Если же палочку опустить в воду, то после вытаскивания на её конце остается капля воды. Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.
Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло, но не смачивает парафин.
Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей это вещество. Например, ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.
Расположим горизонтально плоскую пластину из какого-либо твердого вещества и капнем на неё исследуемую жидкость. Тогда капля расположится либо так, как показано на рис. 24, а., либо так как на рис. 24, б.
В первом случае жидкость смачивает твердое вещество, а во втором – нет. Отмеченный на рис. 24 угол называют краевым углом.
Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, проходящей через точку А , где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри краевого угла всегда находится жидкость.
Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих – тупой. Чтобы действие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.
рис. 24
рис. 25
Поскольку краевой угол сохраняется при вертикальном положении твердой поверхности, то смачивающая жидкость у краев сосуда, в который она налита, поднимается (рис. 25, а), а не смачивающая жидкость опускается (рис. 25, б).
Мерой смачивания обычно служит косинус краевого угла, т.е. , который положителен для не смачивающих жидкостей и отрицателен для не смачивающих.
При полном смачивании
В этом случае жидкость растекается по всей поверхности твердого тела. Получить на горизонтальной поверхности тела каплю при полном смачивании нельзя. Например, вода полностью смачивает чистую поверхность стекла.
При полном не смачивании . Маленькая капля жидкости на горизонтальной поверхности твердого тела в этом случае должна иметь форму шара.
На этом уроке пойдет речь о жидкостях и их свойствах. Жидкости обладают рядом интереснейших свойств и их проявлений. Об одном таком свойстве и пойдет речь на этом уроке.
В окружающем нас мире наряду с тяготением, упругостью и трением действует ещё одна сила, на которую мы обычно мало или совсем не обращаем внимания. Сила эта сравнительно невелика, её действие никогда не вызывает впечатляющих эффектов. Тем не менее, мы не может налить воды в стакан, вообще ничего не можем проделать с какой-либо жидкостью без того, чтобы не привести в действие силы, о которых у нас и пойдёт речь. Это силы поверхностного натяжения.
Способность жидкости сокращать свою поверхность называется поверхностным натяжением.
Силой поверхностного натяжения называют силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно к линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить её до минимума.
Сила поверхностного натяжения определяется формулой, произведением сигмы на эль. Где сигма – коэффициент поверхностного натяжения, эль – длина периметра смачивания.
Остановимся подробнее на понятии “коэффициента поверхностного натяжения”.
Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины периметра смачивания и направленной перпендикулярно к этому периметру.
Также коэффициент поверхностного натяжения жидкости – это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости.
Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией, которой эти молекулы обладали бы, находясь внутри жидкости.
Поверхностная энергия – избыточная потенциальная энергия, которой обладают молекулы на поверхности жидкости.
Измеряется коэффициент поверхностного натяжения в ньютонах, деленных на метр.
Обсудим, от чего зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Для начала, вспомним, что коэффициент поверхностного натяжения характеризует удельную энергию взаимодействия молекул, а значит факторы, изменяющие эту энергию, изменят и коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
Итак, коэффициент поверхностного натяжения зависит от:
1. Природы жидкости (у “летучих” жидкостей, таких как эфир, спирт и бензин, поверхностное натяжение меньше, чем у “нелетучих” – воды, ртути и жидких металлов).
2. Температуры (чем выше температура, тем меньше поверхностное натяжение).
3. Наличие поверхностно активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение (ПАВ), например мыла или стирального порошка.
4. Свойства газа, граничащего с жидкостью.
Силы поверхностного натяжения определяют форму и свойства капель жидкости, мыльного пузыря. Эти силы удерживают на поверхности воды стальную иглу и насекомое водомерку, удерживают влагу на поверхности ткани.
Убедиться в существовании сил поверхностного натяжения можно при помощи простого эксперимента. Если к проволочному кольцу в двух местах привязана нить, причем так, чтобы длина нити была несколько больше длины хорды, соединяющей точки крепления нити, и обмакнуть проволочное кольцо в мыльный раствор, мыльная пленка затянет всю поверхность кольца и нить будет лежать на мыльной пленке. Если теперь порвать пленку с одной стороны нити, мыльная пленка, оставшаяся с другой стороны нити, сократится и натянет нить. Почему же так произошло? Дело в том, что оставшийся сверху мыльный раствор, то есть жидкость, стремится сократить площадь своей поверхности. Таким образом, нить вытягивается вверх.
Рассмотрим опыт, подтверждающий стремление жидкости уменьшить поверхность соприкосновения с воздухом или паром этой жидкости.
Интересный опыт был проведён бельгийским физиком Жозефом Плато. Он утверждает, если капля находится в условиях, когда основное влияние на её форму оказывают силы поверхностного натяжения, она принимает форму с наименьшей поверхностью, то есть сферическую.
Поверхностное натяжение
, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м 2). Согласно другому определению, поверхностное натяжение
- сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.
Поверхностное натяжение
- основная термодинамическая характеристика поверхностного слоя на границе с газовой фазой или другой жидкостью. Поверхностное натяжение
различных жидкостей на границе с собственным изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих до нескольких тысяч мН/м для расплавленных тугоплавких веществ. Поверхностное натяжение
зависит от температуры. Для многих однокомпонентных неассоциированных жидкостей (вода, жидкие металлы) вдали от критической температуры хорошо выполняется линейная зависимость:
где s и s 0 - поверхностное натяжение при температурах T
и T
0 соответственно, α≈0,1 мН/(м·К) - температурный коэффициент поверхностного натяжения
. Основной способ регулирования поверхностного натяжения
заключается в использовании (ПАВ).
Поверхностное натяжение входит во многие уравнения физики, физической и , . Оно определяет следующие величины:
Поверхностное натяжение измерено для многих чистых и смесей (растворов, расплавов) в широком интервале температур и составов. Поскольку поверхностное натяжение весьма чувствительно к наличию примесей, измерения разными методиками не всегда дают совпадающие значения. Основные методы измерения следующие:
Поверхностное натяжение
является определяющим фактором многих технологических процессов: флотации, пропитки пористых материалов, нанесения покрытий, моющего действия, порошковой металлургии, пайки и др. Велика роль поверхностного натяжения
в процессах, происходящих в невесомости.
Понятие поверхностного натяжения
впервые ввел Я.Сегнер (1752). В первой половине XIX в. на основе представления о поверхностном натяжении
была развита математическая теория капиллярных явлений (П.Лаплас, С.Пуассон, К.Гаусс, А.Ю.Давидов). Во второй половине XIX в. Дж.Гиббс развил термодинамическую теорию , в которой решающую роль играет поверхностное натяжение
. В XX в. разрабатываются методы регулирования поверхностного натяжения
с помощью ПАВ и электрокапиллярных эффектов (И.Ленгмюр, П.А.Ребиндер, A.H.Фрумкнн). Среди современных актуальных проблем - развитие молекулярной теории поверхностного натяжения
различных жидкостей (включая расплавленные металлы), влияние кривизны поверхности на поверхностное натяжение
Лит.:
Семенченко В.К., Поверхностные явления в металлах и сплавах, M., 1957; Оно С., Кон До С., Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях, пер. с англ., M., 1963; Русанов А.И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, Л., 1967; Ребиндер П.А., Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия, M., 1978; Адамсон А., Физическая химия поверхностей, пер. с англ., M., 1979; Гиббс Дж.В., Термодинамика. Статистическая механика, M., 1982; Щукин E.Д., Перцов А.В., Амелина E.А., Коллоидная химия, M., 1982.
Б.Д.Сумм.
Выберите первую букву в названии статьи: