13. Štruktúra a vlastnosti kvapalín

13. Štruktúra a vlastnosti kvapalín

• molekuly kvapaliny na seba navzájom pôsobia príťažlivými silami, molekuly ktoré sú od seba príliš ďaleko majú silové pôsobenie zanedbateľné => okolo každej molekuly môžeme myšlienkovo opísať guľu s polomerom r _m - sféra molekulového pôsobenia, silové pôsobenie častíc mimo tejto gule je zanedbateľné
• 
  ak je vzdialenosť molekuly od voľného povrchu menšia ako r _m - molekula je priťahovaná kolmo do vnútra kvapaliny výslednou príťažlivou silou => ak chceme molekulu premiestniť z vnútra kvapaliny k povrchu musíme túto silu prekonať teda konáme prácu, ktorá sa prajaví ako zvýšená energia molekuly na povrchu – povrchová energia
• povrchová energia – je tým väčšia, čím väčší je povrch kvapaliny

E = δ . S

• povrchová vrstva kvapaliny je vrstva molekúl, ktorých vzdialenosť od voľného povrchu kvapaliny je menšia ako r _m
• δ – povrchové napätie – podiel povrchovej sily (príťažlivej) a dĺžky okraja povrchovej vrstvy, na ktorú táto sila pôsobí

δ = F / l [δ] = N / m

• kvapalina sa snaží nadobudnúť taký tvar, aby mala čo najmenší povrch resp. čo najmenšiu povrchovú energiu => tvar gule – môže byť deformovaný gravitačnou silou

• javy na rozhraní pevného telesa a kvapaliny :

• na časticu kvapaliny pri rozhraní (pevná látky,kvapalina a vzduch) pôsobia tri sily :

1) sila, ktorá pôsobí na častice nádoby

2) sila, ktorá pôsobí na častice kvapaliny

3) sila, ktorá pôsobí na častice plynu – zanedbateľne malá

• 
  sily nádoby a kvapaliny skladáme a podľa smeru ich výslednice určíme aký povrch kvapalina vytvorí :

1. a) dutý povrch – výslednica smeruje von z kvapaliny hovoríme, že kvapalina zmáča steny nádoby
2. b) vypuklý povrch – výslednica smeruje dovnútra kvapaliny hovoríme, že kvapalina nezmáča steny nádoby
3. c) vodorovný povrch – výslednica smeruje pozdĺž steny nádoby, zvislo nadol

• stykový uhol – ν – uhol, ktorý zviera dotyčnica k voľnému povrchu kvapaliny so stenou nádoby

- pri dutom povrchu je ostrý, vodorovnom pravý a vypuklom je tupý

- ak je rovný 0°,tak dokonale zmáča steny a ak je 180°,tak nezmáča steny

• zakrivenie povrchu kvapaliny v nádobe je tým výraznejšie, čím užšia je nádoba
• kapilára – úzka sklenená rúrka

H₂ O Hg

• F – výslednica povrchových síl
• výslednica pôsobí na plochu povrchu a vyvolá v kapiláre tlak – kapilárny tlak

p _k = 2 . δ / r

• kapilárny tlak – je tým väčší, čím užšia je kapilára

- rovnaký kapilárny tlak vzniká aj v mydlovej bubline vo vode – 1 rozhranie (voda, vzduch)

- ak je mydlová bublina vo vzduchu, kapilárny tlak bude dvojnásobný – 2 rozhrania (voda, vzduch)

• v kapilárach ponorených do kvapaliny v širokej nádobe dochádza ku kapilárnym javom :

1. a) kapilárna elevácia – zvýšenie voľnej hladiny kvapaliny, v kapiláre nastáva pri kvapaline, ktorá vytvorí dutý povrch, čím užšia je kapilára, tým vyššie kvapaliny vystúpi
2. b) kapilárna depresia – zníženie voľnej hladiny v kapiláre, nastáva pri kvapaline, ktorá vytvorí vypuklý povrch, čím užšia je kapilára, tým nižšie klesne kvapalina v nej

• 
  spoločný názov pre eleváciu a depresiu je kapilarita
• využitie kapilarity – voda sa zo zeme dostáva na povrchovej, príjem živín a vody pomocou koreňových systémov, špongia

h = 2 . δ / ƍ . g . r

• teplotná objemová roztiažnosť kvapalín - kvapaliny so zmenou teploty menia svoj objem

V = V ₀ . (1+ β . Δ t )

• β – teplotný súčiniteľ objemovej roztiažnosti, konštanta pre danú kvapalinu v tabuľkách

• pre väčšinu látok je β kladný – s narastajúcou teplotou sa ich objem zväčšuje
• zvláštny prípad je voda – pri t = 3,98°C je β kladný

- pri 0°C < t < 3,98°C je β záporný => so zväčšujúcou sa teplotou sa objem zmenšuje

• tieto dva prípady sa nazývajú anomália vody

• pri väčších teplotných rozdieloch sa objem kvapaliny mení kvadraticky

V = V ₀ . (1+ β₁ . Δ t + β₂ . (Δ t ) ² )

• so zmenou objemu kvapaliny sa mení aj ich hustota

 ƍ = ƍ ₀ . (1- β . Δ t)