Vlastnosti kapalin

Mechanické vlastnosti

  • Stlačitelnost
  • Tvar podle nádoby
  • Tekutost
  • Stálý objem
  • EpE_p molekul ≈Ek\approx E_k molekul
  • Vzdálenosti mezi molekulami ≈\approx rozměry molekul
  • Pohyby: posuvný, otáčivý, kmitavý
  • Zaujímají na chvíli rovnovážnou polohu, ale nesetrvávají v ní

Povrchová vrstva kapaliny

Na volném povrchu kapaliny se vytváří povrchová vrstva, která se chová jako pružná blána

→\to Např. mince na povrchu vodní hladiny se nepotopí, i když má větší hustotu, než voda

Sféra molekulového působení = kulovitá oblast v okolí molekuly, v níž se projevuje vzájemné molekulové silové působení; rm≈1 nmr_m \approx 1 \ \text{nm}

Na molekulu pod povrchovou vrstvou působí přitažlivými silami okolní molekuly, ale výslednice je nulová

Na molekulu, která je hladiny vzdálena méně než rmr_m, budou působit většími silami molekuly pod touto molekulou →\to výslednice FvF_v míří směrem dolů

Na molekulu na hladině působí přitažlivými silami pouze molekuly pod touto molekulou →Fv\to F_v je větší, než u molekul níže

→\to Na všechny molekuly, jejichž vzdálenost od volného povrchu kapaliny je menší než rmr_m, působí výsledná síla kolmá k volnému povrchu kapaliny směřující dovnitř kapaliny – tzv. povrchová síla

Chybějící zápis ze dne 17. 2. 2023

ΔE=σ⋅ΔS[σ]=Nm\begin{align*} \Delta E &= \sigma \cdot \Delta S \\[0.5em] [\sigma] &= \frac{\text{N}}{\text{m}} \end{align*}

Pro čistou vodu platí σ=73 mN⋅m−1\sigma = 73 \ \text{mN} \cdot \text{m}^{-1}

Pro mýdlovou vodu platí σ=40 mN⋅m−1\sigma = 40 \ \text{mN} \cdot \text{m}^{-1}

Jevy na rozhraní pevné látky a kapaliny

Kapalina smáčí pevnou látku, nebo ji nesmáčí – závisí na kombinaci pevné látky a kapaliny

Síly působící na vybranou molekulu:

  • F1⃗\vec{F_1} ... síla vzájemného silového působení mezi vybranou částicí kapaliny a částicemi pevné látky

  • F2⃗\vec{F_2} ... síla vzájemného silového působení mezi vybranou částicí kapaliny a částicemi kapaliny

  • F3⃗\vec{F_3} (zanedbatelná) ... síla vzájemného silového působení mezi vybranou částicí kapaliny a částicemi plynu

  • FG⃗\vec{F_G} (zanedbatelná) ... tíhová síla vybrané částice kapaliny

F⃗=F1⃗+F2⃗\vec{F} = \vec{F_1} + \vec{F_2}

Mohou nastat 2 případy:

  1. F⃗\vec{F} míří ven z nádoby:

    Síla tlačí molekuly ven z nádoby →\to hladina je u stěn nádoby zvýšená

    Úhel, který tvoří tečná rovina k hladině kapaliny u stěn nádoby se stěnou nádoby, se značí ϑ\vartheta

    ϑ∈(0°, 90°)\vartheta \in (0°, \ 90°)

    Kapalina tzv. smáčí stěny nádoby

  2. F⃗\vec{F} míří dovnitř do nádoby:

    Hladina je u stěn nádoby snížená

    ϑ∈(90°, 180°)\vartheta \in (90°, \ 180°)

Pro kapaliny, které smáčí stěny nádoby, dochází ke kapilární elevaci

Pro kapaliny, které nesmáčí stěny nádoby, dochází ke kapilární depresi

Po celém povrchu kapaliny je hydrostatický tlak, ale u stěn nádoby je navíc i kapilární tlak pkp_k – tzv. přídavný tlak

Kapilární elevace: pod zakřiveným povrchem je hodnota tlaku o pkp_k menší, než pod vodorovným povrchem

Kapilární deprese: pod zakřiveným povrchem je hodnota tlaku o pkp_k větší, než pod vodorovným povrchem

Pro kapalinu v nádobě nebo pro kapku:

pk=2σRp_k = \frac{2 \sigma}{R}

Pro bublinu (2 povrchy):

pk=4σRp_k = \frac{4 \sigma}{R}

RR ... poloměr zakřivení

Kapalina v kapiláře vystoupá (v případě elevace) / klesne (v případě deprese) do takové výšky, aby se hydrostatický tlak rovnal kapilárnímu tlaku:

ph=pkp_h = p_k

Elevace/deprese závisí na použité kapalině i pevné látce

Teplotní objemová roztažnost kapaliny

S rostoucí teplotou roste objem kapaliny

Zahřívání: V0,t0→V,tV_0, t_0 \to V, t

ΔV=V0⋅β⋅Δt\Delta V = V_0 \cdot \beta \cdot \Delta t

β\beta ... součinitel teplotní objemové roztažnosti kapaliny – tabulková hodnota