Направлена сила поверхностного натяжения

· по касательной к поверхности жидкости

· перпендикулярно к участку контура, на который она действует.

Обозначим

· силу поверхностного натяжения, приходящуюся на единицу длины контура, через . Эту величину

- называют коэффициентом поверхностного натяжения.

- Измеряют ее в ньютонах на метр (в СИ).

Рис. 2. Предположим, что имеется прямоугольная рамка с подвижной перекладиной, затянутая пленкой жидкости.

- Пленка представляет собой тонкий плоский объем жидкости, ограниченный с двух сторон поверхностным слоем (на. рис. б рамка показана в разрезе).

- Вследствие стремления поверхностного слоя к сокращению со стороны пленки будет действовать на перекладину сила, равная .

- Чтобы перекладина находилась в равновесии, к ней нужно приложить внешнюю силу , равную силе натяжения пленки, т. е. .

- Предположим, что перекладина переместилась крайне медленно в направлении действия силы на очень малую величину dx.

- Этот процесс сопровождается совершением жидкостью над перекладиной работы ,

где dS — приращение площади поверхностного слоя.

- При таком увеличении поверхности дополнительное количество молекул переходит из глубины жидкости в поверхностный слой, теряя при этом свою скорость. Поэтому, если бы процесс протекал адиабатически, жидкость слегка охладилась бы.

Однако мы предполагали, что процесс протекает очень медленно (обратимо), вследствие чего температура пленки остается неизменной за счет притока тепла извне.

Таким образом, процесс будет происходить изотермически.

- Работа, совершаемая при обратимом изотермическом процессе, равна убыли свободной энергии. Следовательно, можно написать, что

Полученный результат означает, что при изотермическом увеличении площади поверхностного слоя на dS свободная энергия жидкости возрастает на dF = α dS.

Таким образом,

1. коэффициент поверхностного натяжения α представляет собой дополнительную свободную энергию, которой обладает единица площади поверхностного слоя.

2. В соответствии с этим α можно выражать не только в ньютонах на метр, но и в джоулях на квадратный метр.

3. На величину поверхностного натяжения большое влияние оказывают примеси. Например,

- растворение в воде мыла уменьшает ее коэффициент поверхностного натяжения почти в полтора раза.

- Растворение в воде NaCl, напротив, приводит к увеличению α.

4. С повышением температуры различие в плотностях жидкости и ее насыщенного пара уменьшается. В связи с этим уменьшается и коэффициент поверхностного натяжения. При критической температуре α обращается в нуль.