Interaktivní a zábavné tábory a kroužky pro děti
Lekce Povrchové napětí
Cíl lekce:
Žáci popíší, co je to kapalina a co je povrchové napětí, kde se nachází a jaký je jeho význam v přírodě. Na příkladech zjistí, které látky povrchové napětí kapalin ruší.
Zeptejte se Vašich dětí:
- Z čeho se skládá voda?
- Uveďte příklady kapalin.
- Co nebo kdo je vodoměrka a proč se udrží na hladině?
- Proč se na hladině některé předměty udrží?
- Kde se s povrchovým napětím setkáváme v přírodě?
- Co způsobí, že plovoucí předměty se potopí?
Kapalina
Kapalina (kapalná látka) je jedno ze skupenství látek, při kterém jsou částice látky relativně blízko u sebe, ale nejsou vázány v pevných polohách a mohou se pohybovat v celém objemu.
Základní vlastnosti kapalin:
- Jsou tekuté – dají se přelévat.
- Nemají stálý tvar - přizpůsobují se nádobě.
- Zachovávají si stálý objem – a to i při změně tvaru nádoby.
- Tvoří kapky – díky přitažlivým silám mezi částicemi.
- V klidu vytvářejí v tíhovém poli Země volný vodorovný povrch.
- Jsou prakticky nestlačitelné – díky vzájemným odpudivým silám mezi molekulami kapaliny. Vlastnosti kapalin vyplývají z vlastností molekul.
Pokud se nachází vybraná molekula uvnitř kapaliny, nachází se ve volném rovnovážném stavu. Pokud se ale vybraná molekula nachází v tenké vrstvičce hraničící s jiným prostředím, vede to ke vzniku vnitřního tlaku, povrchovému napětí a k tomu, že se povrch kapaliny chová jako pružná blána.
Povrchové napětí
Obrázek WassermoleküleInTröpfchen od User:Booyabazooka (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Povrchové napětí
Povrchové napětí je efekt, při kterém se povrch kapalin chová jako elastická fólie a snaží se dosáhnout co možná nejhladšího stavu s minimální plochou. To znamená, že se povrch tekutiny snaží dosáhnout stavu s nejmenší energií. Čím větší je povrchové napětí, tím „kulatější“ je kapička této kapaliny.
Povrch kapaliny se tedy chová tak, jako by byl tvořen velmi tenkou pružnou vrstvou, která se snaží stáhnout povrch kapaliny tak, aby měl při daném objemu kapaliny co nejmenší plochu. Pokud by na kapalinu nepůsobily vnější síly, měla by kulový tvar, protože koule má ze všech těles stejného objemu nejmenší povrch. Při působení vnějších sil je situace poněkud složitější. Vždy se však volný povrch kapaliny snaží snížit velikost celkového povrchu na co možná nejmenší možnou míru. To je důvod, proč je hladina klidné vody v otevřené nádobě (v gravitačním poli) vodorovná, neboť jakýkoli jiný tvar volné hladiny kapaliny by zvětšil celkový povrch kapaliny. Jsou-li vnější síly velmi malé proti silám povrchového napětí, bude se kapalina snažit zaujmout přibližně kulový tvar. To se děje např. u drobných kapiček tvořících mlhu, u kapek rtuti apod.
Kapka vody
Obrázek drop-of-water-drip-blade-of-grass-361097 od Josch13 [Public Domain], via Pixabay
Význam povrchového napětí
Povrchové napětí způsobuje, že některé druhy hmyzu (například vodoměrky) se mohou pohybovat po vodní hladině. Některé předměty, např. žiletky nebo kousek alobalu, lze položit na vodní hladinu, aniž by se potopily; když je ale potopíme dostatečně hluboko, klesnou až na dno.
Příklady využití povrchového napětí
Obrázky Sur le Cher od Daniel Jolivet) [CC BY SA 2.0], via Flickr; 2006-01-15 coin on water retouched od Roger McLassus (Own work) [GFDL nebo CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons
Smáčení
Velké povrchové napětí ztěžuje proces smáčení. Například destilovaná voda smáčí látky obsažené v oblečení velmi špatně, perlí. Toto je jeden z důvodů, proč se při praní přidávají prací prostředky, které svými mýdlovými látkami (tenzidy) smáčení usnadňují.
Jiným příkladem je mytí mastných rukou. Mytí mastných rukou je obtížné, protože voda nesmáčí mastný povrch. Proto používáme mýdlo. V mýdlovém roztoku jsou síly mezi molekulami menší než síly mezi molekulami vody. Důsledkem je jednak snížení povrchového napětí vody, jednak to, že roztok smáčí mastný povrch.
Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více:
Potřebujete poradit? Napište nám na info@vedanasbavi.cz