Материал: kompendium_po_fizike

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

41

жидкость

» 

наблюдаются

явления

смачивания

или

несмачивания

Если

на

границе

раздела

сред

молекулы

жидкости

лучше

притягиваются

друг

к

другу

чем

к

молекулам

соседней

среды

то

наблюдается

несмачивание

Если

же

на

границе

раздела

сред

молекулы

притягиваются

друг

к

другу

слабее

чем

к

молекулам

соседней

среды

то

наблюдается

смачивание

Количественно

смачивание

описывается

т

.

н

краевым

углом

 – 

углом

между

поверхностью

и

внутренней

частью

смачивающей

или

несмачивающей

жидкости

 (

рисунок

 17). 

 
 

При

90

говорят

о

смачивании

90

 – 

о

несмачивании

и

при

0

 – 

об

идеальном

смачивании

  (

жидкость

растекается

по

поверхности

мономолекулярным

слоем

). 

Под

действием

сил

поверхностного

натяжения

поверхность

жидкости

искривляется

возникает

дополнительное

давление

со

стороны

поверхности

на

жидкость

, – 

это

давление

называется

давлением

Лапласа

Направлено

оно

к

центру

кривизны

r

поверхности

и

определяется

по

формуле

r

p

2

В

тонких

трубках

погруженных

в

сосуды

наблюдается

подъём

 (

если

жидкость

смачивает

трубку

или

опускание

уровня

жидкости

 (

если

жидкость

не

смачивает

трубку

) – 

это

происходит

оттого

что

давление

Лапласа

уменьшает

  (

при

смачивании

или

увеличивает

  (

при

несмачивании

давление

над

жидкостью

в

трубке

Эти

явления

называются

капиллярными

Высота

подъёма

или

опускания

уровня

жидкости

в

капилляре

определяется

по

θ

θ

Рисунок

 17. 

Краевой

угол

при

смачивании

 (

справа

и

несмачивании

(

слева

)

background image

42

формуле

Жюрена

gR

h

cos

2

где

 – 

коэффициент

поверхностного

натяжения

жидкости

 – 

краевой

угол

 – 

плотность

жидкости

R

 – 

радиус

трубки

Как

видно

из

данной

формулы

капиллярные

явления

будут

проявляться

в

трубках

с

достаточно

малым

внутренним

радиусом

Рассмотрим

пузырёк

газа

в

кровеносном

сосуде

Если

радиусы

кривизны

передней

и

задней

поверхности

пузырька

одинаковы

то

дополнительные

лапласовы

давления

на

эти

поверхности

также

одинаковы

и

дополнительное

давление

обусловленное

поверхностными

натяжениями

будет

равно

нулю

т

.

е

0

1

2

p

p

Такой

пузырёк

будет

двигаться

далее

по

кровеносной

системе

вместе

с

кровотоком

под

действием

давления

создаваемого

сердцем

Если

же

радиусы

кривизны

поверхностей

различны

то

лапласовы

давления

не

будут

скомпенсированы

0

1

2

p

p

и

из

-

за

этого

дополнительное

давление

обусловленное

поверхностными

натяжениями

поверхностей

пузырька

может

быть

направлено

против

движения

кровотока

  (

рисунок

 18). 

Если

это

дополнительное

давление

будет

равно

давлению

создаваемому

сердцем

в

данном

кровеносном

сосуде

то

пузырёк

прекратит

движение

и

создаст

препятствие

движению

крови

 – 

сосуд

будет

закупорен

, – 

это

явление

называется

газовой

эмболией

4. 

Поверхностные

явления

в

альвеолах

Сурфактант

Альвеолы

  (

которые

являются

основной

структурной

единицей

лёгких

смочены

изнутри

жидкостью

Если

бы

это

была

1

p

2

p

1

p

2

p

Рисунок

 18. 

Механизм

развития

эмболии

background image

43

обычная

жидкость

  (

например

вода

), 

то

при

выдохе

сопровождающемся

уменьшением

радиуса

альвеолы

обратно

пропорционально

бы

увеличивалось

лапласово

давление

направленное

к

центру

альвеолы

Из

-

за

этого

и

малого

радиуса

альвеол

при

выдохе

лапласово

давление

было

бы

настолько

велико

что

могло

бы

превосходить

давление

создаваемое

дыхательными

мышцами

для

растяжения

альвеол

для

вдоха

 – 

дыхание

человека

было

бы

сильно

затруднено

Поэтому

поверхность

альвеол

смочена

поверхностно

-

активной

жидкостью

– 

лёгочным

сурфактантом

Он

синтезируется

из

плазмы

крови

пневмоцитами

второго

типа

и

состоит

в

основном

из

фосфолипидов

 (90%), 

а

также

белков

и

полисахаридов

Коэффициент

поверхностного

натяжения

сурфактанта

изменяется

в

зависимости

от

радиуса

альвеолы

  (

т

.

е

)

(

r

), 

так

что

при

уменьшении

её

радиуса

уменьшается

и

сурфактанта

  (

до

 1/12 

от

воды

), 

а

при

увеличении

радиуса

 – 

наоборот

  (

до

 1/2 

воды

). 

С

одной

стороны

это

препятствует

чрезмерному

растяжению

альвеолы

при

вдохе

с

другой

 – 

спаданию

альвеолы

при

выдохе

Синтез

сурфактанта

может

быть

нарушен

при

некоторых

заболеваниях

недоношенности

плода

ожогах

лёгких

 – 

в

этом

случае

требуется

введение

его

заменителей

5. 

Методы

измерения

коэффициента

поверхностного

натяжения

Все

методы

определения

коэффициента

поверхностного

натяжения

делятся

на

два

вида

статические

и

динамические

При

статических

методах

определяют

уже

сформированной

поверхности

находящейся

в

равновесном

состоянии

при

динамических

 – 

поверхности

находящейся

в

неравновесном

состоянии

 (

например

при

её

разрушении

или

формировании

). 

Рассмотрим

некоторые

методы

определения

1.

Капиллярный

метод

.

Основан

на

том

что

при

смачивании

  (

несмачивании

капилляра

исследуемой

жидкостью

происходит

подъём

  (

опускание

жидкости

на

определённую

background image

44

высоту

определяется

из

формулы

Жюрена

cos

2

ghR

,  

где

 – 

краевой

угол

 – 

плотность

жидкости

R

 – 

радиус

трубки

h

 – 

высота

подъёма

 (

опускания

жидкости

2.

Метод

Ребиндера

  (

метод

определения

максимального

давления

в

пузырьке

). 

В

данном

методе

в

исследуемую

жидкость

вводится

капилляр

сообщающийся

с

атмосферой

Над

жидкостью

понижают

давление

и

через

капилляр

в

неё

начинает

проникать

атмосферный

воздух

который

создаёт

пузырёк

в

исследуемой

жидкости

Росту

пузырька

препятствует

поверхностное

натяжение

жидкости

и

в

момент

отрыва

пузырька

от

капилляра

оно

будет

максимальным

и

равным

разности

давлений

стремящейся

вытолкнуть

пузырёк

из

капилляра

Эта

разность

давлений

фиксируется

например

с

помощью

 u-

образного

манометра

Так

как

в

данном

методе

проблематично

определить

радиус

выдуваемого

пузырька

используют

эталонную

жидкость

которой

известен

(

например

дистиллированную

воду

). 

Искомый

определяется

по

формуле

h

h

0

где

0

 – 

эталонной

жидкости

0

h

 – 

максимальная

разность

уровней

в

манометре

для

эталонной

жидкости

h

 – 

максимальная

разность

уровней

в

манометре

для

исследуемой

жидкости

3.

Сталагмометрический

метод

(

метод

счёта

капель

).

В

основе

данного

метода

лежит

то

что

в

момент

отрыва

капли

жидкости

от

вертикальной

тонкой

трубки

сила

тяжести

капли

равна

силам

поверхностного

натяжения

удерживающим

каплю

на

краю

капилляра

Коэффициент

поверхностного

натяжения

определяется

по

формуле

r

mg

2

где

m

 – 

масса

капли

жидкости

r

 – 

радиус

капилляра

4.

Метод

отрыва

кольца

.

В

основе

данного

метода

лежит

следующая

идея

для

того

чтобы

оторвать

от

поверхности

жидкости

кольцо

  (

которое

смачивается

жидкостью

нужно

приложить

силу

направленную

против

силы

тяжести

кольца

и

background image

45

сил

поверхностного

натяжения

в

данном

методе

определяется

по

формуле

)

(

2

R

r

mg

F

где

F

 – 

сила

отрыва

кольца

от

поверхности

m

– 

масса

кольца

r

 – 

внутренний

радиус

кольца

R

 – 

внешний

радиус

кольца

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/6211