1. Объясните причину смачивания.
Причина смачивания заключается в том, что молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами поверхности твёрдого тела. Если сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами твёрдого тела больше, чем сила сцепления между молекулами самой жидкости, жидкость будет "смачивать" поверхность, распространяясь по ней. Например, вода хорошо смачивает стекло, так как молекулы воды связываются с молекулами стекла.
2. Почему две капли ртути, приведённые в соприкосновение, сливаются в одну?
Две капли ртути сливаются в одну из-за того, что ртуть — это жидкость с высокой поверхностной натяжимостью. Силы, действующие на поверхности капель, стремятся минимизировать её площадь, а в результате этого капли сливаются. Поверхностное натяжение ртути больше, чем её взаимодействие с воздухом, что приводит к слиянию капель.
3. Почему чернилами или пастой нельзя писать на промасленной бумаге?
Чернилами или пастой нельзя писать на промасленной бумаге, потому что масло создаёт на поверхности бумаги водоотталкивающий слой. Чернила или паста, содержащие воду, не могут хорошо взаимодействовать с маслом, и их капли не впитываются в бумагу, оставаясь на поверхности или расплываясь.
4. Почему шёлковая ткань плохо вытирает мокрые руки?
Шёлковая ткань плохо вытирает мокрые руки, потому что шёлк имеет гладкую поверхность, и его волокна не так сильно впитывают воду, как другие ткани. Вода плохо проникает в волокна шёлка, и ткань не может эффективно поглощать влагу, из-за чего мокрые руки не высыхают быстро.
5. Почему вода поднимается по тонким трубкам и имеет вогнутый мениск, а ртуть опускается и её поверхность имеет выпуклый мениск?
Вода поднимается по тонким трубкам и имеет вогнутый мениск, потому что молекулы воды притягиваются к молекулам материала трубки сильнее, чем между собой. Это создаёт эффект капиллярного подъёма, при котором вода поднимается вверх, и поверхность воды в трубке имеет вогнутую форму. Ртуть же имеет выпуклый мениск, так как молекулы ртути отталкиваются от стенок трубки (поверхностное натяжение ртути сильнее, чем её взаимодействие с материалом трубки), что приводит к опусканию ртути вниз и формированию выпуклой поверхности.
6. Почему жидкость не поднимается по широкой трубке?
Жидкость не поднимается по широкой трубке, потому что для подъёма жидкости в трубке необходимы силы капиллярного эффекта, которые проявляются только в узких трубках. В широких трубках силы сцепления между молекулами жидкости и молекулами стенок трубки слишком малы для того, чтобы преодолеть силы тяжести и поднять жидкость на значительную высоту.
1. Вычислите высоту подъёма воды и спирта в капиллярах радиусом 0,5 мм. Поверхностное натяжение воды 7,3*-10^-2 Н/м, спирта — 2,1 * 10^-2 Н/м. Плотность воды 1000 кг/м, спирта — 800 кг/м3.
Для воды:
Радиус капилляра: r = 0,5 мм = 0,0005 м. Поверхностное натяжение воды: γ = 7,3 × 10⁻² Н/м. Плотность воды: ρ = 1000 кг/м³. Подставим данные в формулу: h = (2 * γ * cos(θ)) / (ρ * g * r),
h₁ = (2 * 7,3 × 10⁻² * 1) / (1000 * 9,81 * 0,0005) h₁ = 0,0029 м = 2,9 мм.
Для спирта:
Радиус капилляра: r = 0,5 мм = 0,0005 м. Поверхностное натяжение спирта: γ = 2,1 × 10⁻² Н/м. Плотность спирта: ρ = 800 кг/м³. Подставим данные в формулу: h = (2 * γ * cos(θ)) / (ρ * g * r),
h₂ = (2 * 2,1 × 10⁻² * 1) / (800 * 9,81 * 0,0005) h₂ = 0,0054 м = 5,4 мм.
Ответ:
Высота подъёма воды: 2,9 мм. Высота подъёма спирта: 5,4 мм.
2. На какую высоту опустится ртуть в капилляре радиусом 0,2 мм? Поверхностное натяжение ртути 0,472 Н/м, её плотность 1,35 * 10^4 кг/м3.
Радиус капилляра: r = 0,2 мм = 0,0002 м.
Поверхностное натяжение ртути: γ = 0,472 Н/м.
Плотность ртути: ρ = 1,35 × 10⁴ кг/м³.
Для ртути cos(θ) = -1, так как ртуть не смачивает стекло, а опускается в капилляре. Подставляем данные в формулу:
h = (2 * 0,472 * -1) / (1,35 × 10⁴ * 9,81 * 0,0002) h = -0,036 м = -3,6 см (отрицательный знак означает опускание уровня).
Высота опускания ртути: 3,6 см.
3. Чему равно поверхностное натяжение бензина, если в трубке радиусом 0,2 мм высота его подъёма равна 3 см? Плотность бензина 700 кг/м3.
Дано:
Радиус капилляра: r = 0,2 мм = 0,0002 м. Высота подъёма бензина: h = 3 см = 0,03 м. Плотность бензина: ρ = 700 кг/м³. Используем формулу и решим для γ:
γ = (h * ρ * g * r) / 2 γ = (0,03 * 700 * 9,81 * 0,0002) / 2 γ = 0,0205 Н/м.
Поверхностное натяжение бензина: 0,0205 Н/м.
4. Какова масса воды, поднявшейся по капиллярной трубке диаметром 0,4 мм? Поверхностное натяжение воды 7,3 * 10^-2 Н/м.
Диаметр капилляра: d = 0,4 мм = 0,0004 м, значит радиус r = 0,0002 м. Поверхностное натяжение воды: γ = 7,3 × 10⁻² Н/м. Для расчёта массы, нужно сначала найти высоту подъёма жидкости, а затем использовать её для вычисления массы.
Используем формулу для подъёма:
h = (2 * γ * cos(θ)) / (ρ * g * r) h = (2 * 7,3 × 10⁻² * 1) / (1000 * 9,81 * 0,0002) h = 0,074 м = 7,4 см.
Теперь найдём массу воды, поднявшейся по капилляру. Для этого используем объём, который будет равен площади сечения капилляра, умноженной на высоту подъёма.
Объём воды: V = π * r² * h = π * (0,0002)² * 0,074 = 9,3 × 10⁻⁸ м³.
Масса воды: m = V * ρ = 9,3 × 10⁻⁸ * 1000 = 9,3 × 10⁻⁵ кг.
Масса воды: 9,3 × 10⁻⁵ кг.
1. Помогут ли вам полученные знания о строении и свойствах твёрдых тел при выборе строительного материала для загородного дома?
Знания о строении и свойствах твёрдых тел, безусловно, помогут при выборе строительных материалов для загородного дома. Например, понимание того, как различные материалы (бетон, кирпич, дерево, металл) реагируют на нагрузки, изменения температуры или влажности, позволит выбрать наиболее подходящий для конкретных условий. Твёрдые материалы имеют разные механические свойства, такие как прочность, тепло- и звукоизоляционные качества, устойчивость к воздействию внешней среды. Эти характеристики важны для создания комфортного и долговечного жилья, которое будет устойчиво к нагрузкам и природным условиям.
2. Для выполнения какой профессиональной деятельности необходимы знания о строении и свойствах вещества? Подготовьте краткое сообщение о профессиях, связанных с материалове-дением. Используйте для этого интернет-ресурсы и другие ис-точники информации.
Существуют профессии, где знания о строении и свойствах вещества не являются основными, например, в области искусства или гуманитарных наук. Художники, писатели, социальные работники, педагоги в своём ежедневном труде часто не используют специальных знаний о химических или физических свойствах материалов. Однако в профессиональной деятельности, связанной с инженерией, строительством, химической промышленностью, медициной, энергетикой и многими другими областями, такие знания являются основой работы.
Профессии, связанные с материаловедением:
Инженеры-материаловеды изучают и разрабатывают новые материалы для различных применений, включая металлургию, машиностроение, строительство, и даже биомедицину. Химики исследуют состав, структуру и свойства веществ, разрабатывают новые химические вещества и материалы. Технологи в производственных областях используют знания о свойствах материалов для оптимизации процессов, повышения качества продукции и разработки новых материалов.
3. Каким образом полученные вами знания о строении и свойствах жидкостей могут быть использованы в работе на приусадебном участке?
Знания о строении и свойствах жидкостей могут быть полезны на приусадебном участке в различных аспектах, например:
Полив растений: Знание о свойствах воды, её способности растворять различные вещества и о её температурных колебаниях поможет выбрать правильные методы полива и удобрения растений. Системы орошения: Умение рассчитывать давление и расход воды в трубах, использовать капельное орошение, учитывая вязкость воды и её взаимодействие с различными материалами (например, пластиковыми трубами или фильтрами). Химическая обработка растений: Применение жидких удобрений или пестицидов требует понимания их свойств и того, как они взаимодействуют с растениями и окружающей средой. Системы водоснабжения: Знание о том, как вода взаимодействует с материалами, из которых состоят трубы и насосы, помогает в правильном выборе системы водоснабжения и канализации на участке.