Поверхностное натяжение газов

/

Содержание

• Введение
• Поверхностное натяжение
• Поверхностное натяжение газов
• Заключение
• Список литературы

Введение

Многие весьма важные характеристики газов изменяются в результате проникновения в жидкую фазу извне влаги и кислорода воздуха. Содержание влаги и кислорода определяется не только температурой и давлением среды, но и поверхностным натяжением жидкости, Диффузией и растворимостью паров и газов в углеводородах.

Действующая касательно к поверхности и стремящаяся сократить свободную поверхность жидкости до наименьших возможных пределов при заданном объеме, называется поверхностным натяжением.

Поверхностное натяжение зависит от температуры, природы граничащей среды и примесей. С ростом температуры поверхностное натяжение уменьшается и при критической для нее температуре обращается в нуль. В присутствии в окружающей жидкое топливо среде поверхностно-активных веществ, способных адсорбироваться на его поверхности, поверхностное натяжение будет резко снижаться. В это время газы могут сильно изменять поверхностное натяжение.

Повышение давления газов над жидкими углеводородами вызывает уменьшение их поверхностного натяжения. В условиях пониженного давления поверхностное натяжение жидкости несколько возрастает.

Таким образом, в одинаковых условиях лучшим распределением при распыливании будут отличаться алканы. 

Поверхностное натяжение

Сила, действующая касательно к поверхности и стремящаяся сократить свободную поверхность до наименьших возможных пределов при заданном объеме, называется поверхностным натяжением.

В двухфазных системах действуют силы, образующие так называемую свободную поверхность жидкости на границе раздела с газом. Работа, затраченная на образование 1 см² поверхности раздела фаз, называется поверхностным натяжением. Единица измерения поверхностного натяжения -- ньютон на метр (Н/м).

Если в системе не происходит массо- или теплообмена, поверхностное натяжение -- физическая константа, характеризующая систему «жидкость-пар» или «жидкость-жидкость».

Поверхностное натяжение системы «жидкость-пар» определяется по формуле

у = с (с_ж - с_п) (1)

где с -- коэффициент пропорциональности (постоянный для данного вещества), определяемый через молекулярную массу.

С повышением молекулярной массы поверхностное натяжение вещества увеличивается, а с увеличением температуры -- уменьшается и становится равным нулю при критической температуре.

Влияние температуры на поверхностное натяжение при нормальном давлении может быть определено по формуле:

у = у₀ [(t_кр - t)/(t_кр - t₀)]^1,2 (2)

где у₀ -- поверхностное натяжение при нормальных условиях; t_кр -- критическая температура жидкости. Повышение давления также приводит к уменьшению поверхностного натяжения, а при давлении, равном критическому, оно становится равным нулю.

Поверхностное натяжение газов

Поверхностное натяжение жидкости зависит от температуры, природы граничащей среды и растворенных в жидкости примесей. С ростом температуры поверхностное натяжение жидкости уменьшается и при критической для нее температуре обращается в нуль. В присутствии в окружающей жидкое топливо среде поверхностно-активных веществ, способных адсорбироваться на его поверхности, поверхностное натяжение топлива будет резко снижаться. Растворенные в топливе газы могут сильно изменять в ту или иную сторону его поверхностное натяжение по сравнению с поверхностным натяжением топлива, не содержащего этих примесей.

Повышение давления газов над жидкими углеводородами и топливом вызывает уменьшение их поверхностного натяжения. В условиях пониженного давления поверхностное натяжение жидкости несколько возрастает.

Поверхностное натяжение топлива на границе жидкость--воздух необходимо учитывать при оценке степени его распыливания в зоне сгорания двигателя. Чем выше поверхностное натяжение топлива, тем грубее его распыливание (в сравнимых условиях).

В одинаковых условиях лучшим распределением при распыливании будут отличаться алканы.

Поверхностное натяжение для газов при температуре, изменяющейся в пределах от --30 до 100 °С, можно подсчитать (с точностью до 10%) по формуле:

у_T = у₀ -- аt (4)

где у_T -- поверхностное натяжение на границе жидкость-- воздух при заданной температуре и нормальном давлении; у₀ -- поверхностное натяжение при 0 °С и нормальном давлении; а -- коэффициент, равный 10^-4.

Зависимость поверхностного натяжения от температуры может быть выражена эмпирическим уравнением:

У_T = М (а -- bТ) (5)

где М -- молекулярный вес углеводородов; а и b -- константы (табл.1); Т -- температура.

Таблица 1 Константы а и b для некоторых углеводородов

С увеличением молекулярного веса углеводородов поверхностное натяжение топливных фракций возрастает. Этому способствуют в значительной мере содержащиеся в топливных фракциях неуглеводородные (кислород-, серо-, азотсодержащие) соединения и прежде всего смолы -- сильные поверхностно-активные вещества.

Заключение

поверхностный натяжение газ углеводород

Поверхностное натяжение представляет собой силу, действующую касательно поверхности и стремящуюся сократить свободную поверхность до наименьших возможных пределов.

Поверхностное натяжение для газов при температуре, изменяющейся в пределах от --30 до 100 °С, можно подсчитать (с точностью до 10%) по формуле представленной в реферате.

Зависимость поверхностного натяжения от температуры может быть выражена эмпирическим уравнением также представленным в реферате.

Таким образом, в современных условиях, возможно с помощью специальных формул, рассчитать поверхностное натяжение газов.

Список литературы

1. «Удивительная физика», Л. Г. Асламазов, А. А. Варламов, изд.: «Наука», Москва, 1988 г.

2. Учебник физики для 10 класса средней школы, Н. М. Шахмаев, С. Н. Шахмаев, Д. Ш. Шодиев, изд.: «Просвещение», Москва, 1991 г.