Жу. Капиллярлы былыстар.

6.2 Саба міндеті:

1.Беттік абат, жу жне капиллярлы былыстар туралы ындыру.

2.Білімгерлерді білімін арттыру, тередету.

3.Білімгерлерді ыптылыа трбиелеу.

6.3 Дріс тезисі:

Сйы - газ деп блiнетiн шекаралы абаты бар боланда, ашы беттегi молекулалар, сйыты iшiндегi молекулалар тарапынан, те кштi тменге арай тартылыс кшiне шырайды жне де газды молекулалары тарапынан аз ана жоары тартылыса шырайды. Сол себептен шекаралы абаттаы молекулалар сйыты iшкi жаына арай тартылады. Оларды ашы беттегi саны азаяды да, беттi ауданы да барынша кiшiрейедi. Осыны серiнен исайан беттiк абат, жазы абата араанда, сйыа молекулалы ысым деп аталатын осымша ысым тсiредi. Сйыты бетiн изотермалы трде лкейту шiн, арты молекулалы ысыма ттеп берердей белгiлi бiр жмыс жасау керек. Бл жмыс таба жаынан терiс жне жйенi потенциалды энергиясыны згеруiне те:

A = - (W_s-W_v) = WМндаы, W_s жне W_v дегенiмiз сйкес беттiк абатты молекулаларыны жне де сйы iшiндегi молекулаларды потенциалды энергиялары. A < 0, боландытан, W > 0 болады жне W_s> W_v

Бдан, сйы бетiн тзейтiн молекулаларды, сйы клемi iшiндегi баса молекулалара араанда потенциалды энергиясыны арты екендiгi шыады.

1-сурет

Сйыты ашы бетiндегi молекулаларды арты потенциалды энергиясы беттiк энергия деп аталады. Егер денеге сырты кштер сер етпейтiн болса, онда беттiк энергияны мнi те аз болады жне сонымен бiрге сол беттi ауданы да те кiшкентай болады (1-сурет).

Бiрлiк ауданны беттiк энергиясы - меншiктi беттiк энергия деп аталады:

= W/S ,

мндаы W – S аудана жинаталан беттiк энергия. СИ лшем бiрлiк жйесiнде меншiктi беттiк энергия Дж/м² – пен лшенедi.

Беттiк абатты блшектерi, сйы бетiне жанама жазытыта жатан жне сйы бетiнi ауданын мейлiнше кiшiрейтуге баытталан, (негiзделген) кштi серiне шырайды. Бл кштер – беттiк керiлу кштерi F деп аталады.

Оларды санды жаынан баалау шiн беттiк керiлу коэффициентi деген ым енгiзiледi. Бл коэффициент сйыты бос бетiнi ауданын бiрлiкке изотермалы трде арттыру шiн жасалатын жмыс ретiнде аныталады.

Жоарыдаы айтыландарды ескерсек: W = -A =S . Бдан

= - A/S (A<0) екендiгi шыады. (2.4)

Егер сйыты ашы бетi тйы сызыпен шектелген болса, онда бл сызы - жылу периметрiдеп аталады. Ондай беттер шiн = F / L, СИ лшем бiрлiк жйесiнде шамасыны лшем бiрлiгi Н/м.

Беттiк керiлу коэффициентi меншiктi беттiк энергияны маынасын бередi: 1 Н/м = 1 Дж/м² . Беттiк кштi серпiмдiлiк кшiмен шатастыруа болмайды.

атты дене бетiмен лдiр секiлдi аып-жайылатын сйы жатын сйы деп аталады, ал тамшыа айналып, жиылып тратын сйы жпайтын сйы деп аталады. Жу жне жпау эффектерi атты абыра маындаы ашы беттердi исаюымен бiрлесiп (атар) жредi. те тар ттiкшелер – капиллярлар арастырылан жадайда, ондай исайан беттер мениск деп аталады.

Жу былысы, атты дене бетiне жне менискке оларды иылысу нктелерiнде жргiзiлген жанамалар арасындаы шектiк брыш арылы сипатталады. Ол сйыты iшiнен бастап лшенедi. Жатын сйытар шiн шектiк брыш сйiр болып келедi: 0 </2 (2 - сурет), ал жпайтын сйытар шiн – ол доал: /2 < (3 - сурет). = 0 жадайы идеалды жуа, ал = жадайы идеалды жпауа сйкес.

3-сурет

Ойыс бетпен шектелген сйыты ысымы оршаан орта ысымынан аз болып келедi.

2-сурет

 

Сол себептен капиллярдаы жатын сйыты бiр блiгi, ктерiлген сйы дегейiнi гидростатикалы ысымы осы ысымдарды айырымын компенсациялаана шейiн, сырттан сорыла беретiн болады. Керiсiнше, дес бет астындаы сйыты ысымы, оны стiндегi оршаан орта ысымынан лде айда лкен. Егер капиллярдаы жпайтын сйыы бар ке ыдыса салып ойса, онда оны (сйыты) капиллярдаы дегейі ыдыстаы дегейiнен тмен болып орналасады. Идеалды жу (жпау) кезiнде капилляр iшiндегi менисктi пiшiнi дрыс жартылай сфера трiздес жне оларды тсiретiн осымша ысымы p_м мынаан те:

p_м = 2/r ,

- сйыты беттiк керiлу коэффициентi, r - ыл ттiк радиусы, p_м>0 болса мениск дес болады, p_м<0 -мениск ойыс болады.

p_a – оршаан ортаны ысымы болсын. Сонда мениск астындаы сйыты ысымы мынаан те болады: p_a - 2/r . Ке ыдысты ашы бетi дегейiнде бл ысыма, тыыздыы сйыты ктерiлу дегейiнi F_A салмаы серiнен тсiрiлетiн гидростатикалы ысымы p_ст осылады:

p_ст =F_A/S = mg /r² = r²h·g/ r² = gh.

Тепе-тедiк жадайы орныандытан, астыы жаынан да, стiгi жаынан да сол дегейге бiрдей ысым сер етедi. Соны салдарынан

p_a - 2/r + gh = p_a.

Бдан

екендiгi шыады.

Егер сйы молекулаларыны бір-біріне тартылу кштері оларды атты денені бетіне тартылу кштерінен кем болса, онда сйы атты дене бетіне жады. Ал егер сйы молекулаларыны зара тартылуы оларды атты дене молекулаларына тартылуынан арты болса, онда сйы атты денені бетіне жпайды.

Серіппеге жалпатау шыны пластинканы ілейік. Серіппе, рине, ауырлы кшіні рекетінен зарады. Шыныны суы бар ыдыс бетіне тсіріп, одан кейін оны айтадан баяу жоары ктерсеріппеге ейік. Шыны судан бірден ажырап кетпейді, суа жабысып аландай болады. Серіппе болса, брыныдан да кбірек созылады. Серіппені созылу шамасы бойынша шыныны су бетінде стап тран молекулаларды арасындаы тартылыс кші туралы айтуымыза болады. Серіппені серпімділік кші молекулаларды тартылыс кшінен басым болан кезде, йнек су бетінен ажырайды. Шыны астындаы су абатына екі кш рекет етеді: F₁ - шыны блшектері тарапынан жоары арай баытталан кш, F₂ -суды тменгі абаттарындаы молекулалары тарапынан тмен арай баытталан кш. Шыныны жоары ктергенімізде, суды осы жоары абаты тменгі абатынан ажырайды да, су пластинаа жып, онымен ілесе жоары ктеріледі. Бл беттік абаттаы су молекулаларыны йнекке тартылысы су молекулаларыны бір-біріне тартылысынан басым екенін крсетеді. Басаша айтанда, су шыныа жады. Осы тжірибеде байалан былыстар жу деп аталады. Тжірибелер осындай шыныны сынап бетіне тсірген кезде оны бетіні сол таза калпында алатынын крсетеді. Бдан сынапты беттік абатындаы молекулаларды тменгі абат молекулаларына тартылысы оларды йнекке тартылысынан кштірек екенін крсетеді. Бл жадайда сынап шыныа жпайды дейді. Жатын сйыты жпайтын сйытан оп-оай ажыратуа болады. Ол шін катты дене бетіне сйыты бір тамшысын тамызса жеткілікті. Сйы атты дене бетіне жатын болса, онда сйы тамшысы оан жайылады, ал жпайтын сйы жайылмайды.Жу былысыны ндірісте де, кнделікті мірде де айтарлытай маызы бар. Сабындарды жне синтетикалы нтатарды жуышты асиеті де осы жу былысына негізделген. Ааш, былары, резеке жне т.б. материалдарды желімдеу жу былысын олдануды мысалы бола алады. Суда жзетін старды (ау, аз, йрек, т.б.) терілері мен ауырсындарына су жпайтын рам сіген, сондытан ондай стара су жпайды, ал баса й хайуанаттары туралы біз олай деп айта алмаймыз.

Жу – сйытыты атты денемен немесе баса сйытыпен жанасуы кезінде пайда болатын былыс. атты дене бетіндегі тамшыны немесе сйытыа батырылан дене бетіндегі газ кпіршігіні пішіні жу процесіне туелді. Жу былысы, кбінесе, ш фазаны жанасу аймаындаы молекула аралы зара серлесу нтижесі деп арастырылады.

ркім-а жапыра бетіне, парафин жаылан ааз бетіне таман су тамшысы шар пішінін алатынын, ал таза йнек бетіне жа абат жасай жайылып кететінін біледі. Ааш бетіне тамызан орасынны балытылан тамшысы шар пішінін алады, ал су тамшысы таза мыс пластина бетіне шыны бетіндегі трізді жайылып кетеді.

Жатын не жпайтын сйытарды атты денелер беттерімен серлесуіні ерекшеліктері капиллярлы былыстарды себебі болып табылады. Капиллярлы былыстар– бір-бірімен араласпайтын заттарды шекарасында, беттік керілуді серінен пайда болатын физикалы былыстар. Баса сйытыпен, газбен немесе зіні буымен шекаралас орналасан сйы бетіні иілуі де капиллярлы былыстара жатады.

Ішкі диаметрі кіші ттікшені капилляр деп атайды. Осындай ттікше оан жатын сйыа батырылса, онда оны ішіндегі сйы ке ыдыстаы сйы бетіні дегейінен жоары ктеріледі. Жпайтын сйы керісінше, оны ыдыстаы дегейінен тмен тседі. Сйы атты денені бетіне толы жатын болса, беттік керілу кшін атты дене s беті бойымен оны сйыпен жанасатын шекарасына перпендикуляр баытталан деп алуа болады. Бл жадайда сйыты капилляр бойымен ктерілу биіктігі тмендегі шарт бойынша аныталады: F_a=F_б, F_a=mg = rpr² hg, F_б=sl =2prs, мндаы

F_a – капиллярдаы сйыа сер ететін ауырлы кші,

F_б – бетік керілу кші,

r – капилярды радиусы,

r - ондаы сйыты тыыздыы,

h – капилярдаы сйы бааныны ктерілу биіктігі,

s - сйыты беттік керілу коэффициенті.

Жоарыдаы атынастардан: h = 2s / rgr.

Шапа ант, сорыш ааз, слгі орамал, т.б. денелер зіне суды жасы сііретінін білеміз. Мны алай тсіндіруге болады? Осындай денелерді барлыында да те жіішке ттікшелер трізді кптеген са зектер болады екен. Жіішке шыны ттікшені суа батырайы, онда су оны бойымен тез ктеріле бастайды. Ттікше нерлым жіішке болса, суды ктерілу биіктігі де сорлым жоары болады. Неліктен блай болады? Суды шыныа жатынын білеміз. Ттікше те жіішке боландытан, шыны тарапынан суды беттік абатына рекет ететін бет беттік керілу кші сйыты жоары ктереді. Сйы ттік бойымен нерлым жоарыра ктерілген сайын оан рекет етуші а = mg ауырлы кші де артады. Сйы оан рекет етуші ауырлы кші бет беттік керілу кшіне теескенше ктеріледі.

Сондытан беттік керілу кші те жіішке деген ттікшелермен ктерілгенде ана айын байалады. Егер сйы ылттік абыраларына жпайтын болса, онда беттік керілу кшіні рекетінен сйы дегейі тмендейді.

Осындай ылттіктер бойымен сйыты ктерілуі немесе тмен тсуі кезінде байалатын беттік керілу былыстар ылттік былыстар деп аталады. Сйыты ылттік ктерілу биіктігін = 2 / grr формуласы бойынша анытауа болады, мндаы – ылттік жасалан затты жне сйыты тегіне байланысты болатын беттік керілу коэффициенті, r - сйыты тыыздыы, r – ылттік радиусы. Бл формуланы жпайтын сйы шін де олдануа болады, тек бл жадайда сйыты тмен тсуі туралы айтылады.

Суда жзетін кстарды (ау, аз, йрек, т.б.) терілері мен ауырсындарына су жпайтын зат сіген, сондытан да ол стара су жпайды, ал баса й хайуанаттары туралы біз олай деп айта алмаймыз.

h = 2 / g r - сйыты беттік ктерілу биіктігін анытайтын формула.

Мндаы: (сигма) – ылттік жасалан затты жне сйыты тегіне байланысты болатын беттік керілу коэффициенті;

– сйыты тыыздыы,

r- ылттік радиусы.

ылттік былыстар табиатта кеінен таралан. сімдіктер мен ааштар бойындаы ылттіктер жйесімен нрлі заттар тарайды. Адам жне жануарлар денесіндегі са ан жолдары да ылттіктер.

6.4 лестірмелі материал:электронды кітаптар, тесттер, карточкалар

6.5 Пайдаланан дебиеттер:

1. Физика: Жалпы білім беретін мектепті жаратылыстану-математика баытындаы 10-сыныбына арналан оулы/ Б.Кронгарт, В.Кем, Н.ойшыбаев.-д., толыт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010-384 б., сур.

2. Физика: Жалпы білім беретін мектепті жаратылыстану-математика баытындаы 11-сыныбына арналан оулы/ С.Тябаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, т.б.- Алматы: “Мектеп” баспасы. -384 б., сур.

3. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. – Алматы, Мектеп, 1,2,3 том, 2000

4. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсыны есептер жинаы. – М., Наука, 2000

5. Иродов И.Е. Жалпы физика курсыны есептер жинаы. М: Наука, 2006

6.6.Баылау сратар:

1.Жу дегеніміз не?

2.Капиллярлы былыстар дегеніміз не?