IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В окружающем нас мире наряду с тяготением, упругостью и трением действует еще одна сила, на которую мы обычно мало или совсем не обращаем внимания. Сила эта сравнительно невелика, ее действие никогда не вызывает впечатляющих эффектов. Тем не менее, мы не сможем даже налить воды в стакан без того, чтобы не привести в действие эту силу. К вызываемым этой силой эффектам мы настолько привыкли, что не замечаем их. Однако в природе и в нашей жизни они играют немалую роль. Без них мы не могли бы писать чернилами. Нельзя было бы намылить руки, пена не образовалась бы. Слабый дождик промочил бы одежду насквозь, а радугу нельзя было бы видеть ни при какой погоде. Сила, про которую идет речь, называется силой поверхностного натяжения.

Проще всего уловить характер сил поверхностного натяжения, наблюдая за образованием ... мыльного пузыря.

За счёт поверхностного натяжения форма пузыря имеет вид сферы. Силы натяжения формируют сферу потому, что при данном объёме сфера имеет наименьшую площадь поверхности. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

Пузырь и существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение, которое делает поведение поверхности похожим на поведение чего-нибудь эластичного. Однако пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, мыло. Присутствие молекул ПАВ уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды. Когда мыльная плёнка растягивается, концентрация молекул ПАВ на поверхности уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение. Таким образом, мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. В дополнение к этому, мыло предохраняет воду от испарения, тем самым делая время жизни пузыря ещё больше. Давно установлено, что значительное влияние на поверхностное натяжение жидкости оказывают примеси растворенных в ней веществ. Наличие примесей в жидкости приводит, как правило, к уменьшению поверхностного натяжения.

Пленка пузыря очень тонкая, и все - таки, несмотря на это, она состоит из трех слоев – тонкого слоя воды, зажатого между двух слоев молекул ПАВ.

Мыльные пузыри существуют очень недолго, лишь несколько секунд, а потом лопаются. Чтобы сохранить мыльную плёнку дольше, в мыльный раствор добавляют вещества, увеличивающие его вязкость, например, сахар или глицерин.

Таким образом, мыльные пузыри – это не только забава. На мыльных пузырях можно изучать строение и поведение тонких пленок, а так же силы поверхностного натяжения и факторы, влияющие на него.

Цель данной работы: изучение влияния добавок различных веществ на некоторые характеристики мыльных пузырей: их количество, размер и время жизни.

В качестве исследуемых растворов были взяты мыльные растворы, приготовленные по различным рецептурам, с различным содержанием ПАВ, сахара и глицерина.

Порядок выполнения опытов:

1. Приготовить мыльный раствор,

2. Выдуть мыльный пузырь на мыльную поверхность

3. Определить количество пузырей, их размеры и время жизни.

Полученные в результате опытов данные представлены в таблице:

№ опыта	Состав раствора	Объем вводимого глицерина, см3	Количество пузырей	Диаметр мыльного пузыря, см	«Время жизни» мыльного пузыря, с
1	Вода – 200 см3 Шампунь с ПАВ – 150 см3	0	небольшое, мелкий размер	6	10
2	Вода – 200 см3 Шампунь с ПАВ – 100 см3 Моющее средство – 100 см3	0	большое, мелкий размер	6	15
3	Вода – 200 см3 Шампунь с ПАВ – 50 см3 Моющее средство – 150 см3 Сахар – 2 ч.л.	25	среднее, мелкий размер	7	23
4	Вода – 200 см3 Шампунь с ПАВ – 50 см3 Моющее средство – 150 см3 Сахар – 2 ч.л.	50	среднее, средний размер	10	38
5	Вода – 200 см3 Шампунь с ПАВ – 50 см3 Моющее средство – 150 см3 Сахар – 2 ч.л.	70	среднее, большой размер	25	47

Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод, что качество мыльных пузырей напрямую зависит от количества вводимого глицерина. Введение дополнительных образцов ПАВ, за счет добавления других моющих средств, позволяет повысить количество мыльных пузырей, существенно не влияя при этом на их качество. Это, вероятно, объясняется усилением пенообразующей способности мыльного раствора, в результате совместного действия различных по природе коллоидных ПАВ. С другой стороны - приводит к более существенному снижению поверхностного натяжения и как следствие увеличению «времени жизни» мыльного пузыря.

Добавление сахара и глицерина приводит и к увеличению размеров пузыря и к увеличению «его времени жизни». Эти изменения можно объяснить увеличением толщины и степени эластичности стенок мыльного пузыря. Однако, повышать содержание сахара и глицерина нецелесообразно, т.к. введение этих компонентов резко увеличивает плотность мыльного раствора, что затрудняет выдувание пузырей.

Мыльные пузыри и пленки – удивительно красивое зрелище. Созерцанием их можно заниматься часами и в любом возрасте. Но в школьном курсе физики и химии этому вопросу уделяется совсем мало времени. А так хочется узнать больше об этом удивительном явлении. Почему пузырь переливается всеми цветами радуги? От чего зависит прочность мыльной пленки? Как приготовить правильно мыльный раствор, чтобы пузырь получился как можно больше и сохранялся как можно дольше? Как ведет себя мыльный пузырь на твердых и жидких поверхностях? Теперь таких вопросов осталось меньше.

Код для цитирования: Скопировать