double arrow

Жидкое состояние тел. Строение жидкостей.

Жидкое состояние тел. Строение жидкостей.

 

    Как и в газах молекулы жидкости находятся в непрерывном движении и перемещаются по всему объему, занимаемому жидкостью. Однако в отличие от газов движение молекул в жидкости уже не является полностью свободным. Из-за этого в расположении атомов и молекул в жидкости уже нет той хаотичности как в газах, а наблюдается так называемый ближний порядок. Это означает, что по отношению к любой частице, расположение ближайших к ней соседей является упорядоченным. Однако по мере удаления от данной частицы расположение к ней других частиц становится все менее упорядоченным, и довольно быстро порядок в расположении частиц полностью исчезает.

    Жидкости, как и газы, (за редким исключением) являются изотропными, т.е. их механические, электрические, тепловые, оптические и т.д. свойства в различных направлениях одинаковы. У некоторых жидкостей из-за особой вытянутой вдоль некоторого направления формы молекул наблюдается их одинаковая ориентация в пределах значительного объема.

    Такие жидкости различаются по своим свойствам в различных направлениях, т.е. являются анизотропными и получили название жидких кристаллов. У них упорядочена только ориентация молекул, взаимное расположение молекул, как и в обычных жидкостях, дальнего порядка не обнаруживает.

 

Поверхностное натяжение.

 

    Молекулы жидкости располагаются настолько близко друг к другу, что силы притяжения между ними имеют значительную величину. Это притяжение имеет экстремальный характер, т.к. на некотором характерном для данной молекулы расстоянии они компенсируются силами взаимного отталкивания и резко уменьшаются. Это расстояние r, называется радиусом молекулярного действия. В молекулярной кинетике рассматриваются также такие вопросы, как расстояние, которое молекула проходит между двумя последовательными соударениями, которое называют длиной свободного пробега. И расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при соударении, которое называют эффективным диаметром.

    Радиус молекулярного действия имеет величину в жидкостях порядка нескольких эффективных диаметров молекул.

    Каждая молекула испытывает притяжение со стороны всех соседних с ней молекул, находящихся в пределах сферы молекулярного действия, центр которой совпадает с данной молекулой. Равнодействующая всех этих сил в среднем равна нулю. Иначе обстоит дело, если молекула находится от поверхности на расстоянии меньше, чем r. Т.к. плотность газа с которым граничит жидкость (или пара) во много раз меньше плотности жидкости, выступающая за пределы жидкости часть сферы молекулярного действия будет меньше заполнена молекулами, чем остальная часть сферы. В результате на каждую молекулу, находящуюся в поверхностном слое толщины r, будет действовать сила направленная внутрь жидкости. Величина этой силы растет в направлении от внутренней к наружной границе слоя.

    Переход молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой связан с необходимостью совершения работы против действующих сил. Эта работа совершается молекулой за счет запаса ее кинетической энергии и идет на увеличение потенциальной энергии молекулы. При обратном переходе молекулы вглубь жидкости потенциальная энергия, которой обладала молекула в поверхностном слое, переходит в кинетическую энергию молекулы.

    Т.о. молекулы в поверхностном слое обладают дополнительной потенциальной энергией. И поверхностный слой в целом обладает дополнительной энергией, которая входит составной частью во внутреннюю энергию жидкости.

    Поскольку положение равновесия соответствует минимуму потенциальной энергии, жидкость, предоставленная сама себе, будет принимать форму с минимальной поверхностью, т.е. форму шара. При увеличении размеров тела объем растет как куб линейных размеров, а поверхность – только как квадрат. Поэтому в поле тяготения земли пропорциональная объему тела энергия изменяется с размерами тела быстрее, чем поверхностная энергия. У малых капель жидкости преобладающую роль играет поверхностная энергия, вследствие чего они имеют форму, близкую к сферической. Большие массы жидкостей принимают форму сосуда, в который они налиты, с горизонтальной свободной поверхностью.

    Из-за наличия поверхностной энергии жидкость обнаруживает стремление к сохранению своей поверхности. Жидкость ведет себя так, как если бы она была заключена в упругую растянутую пленку, стремящуюся сжаться.

    Выделим мысленно часть поверхности жидкости, ограниченную замкнутым контуром. Тенденция этого участка к сокращению приводит к тому, что он действует на граничащие с ним участки с силами, распределенными по всему контуру. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Направление сил поверхностного натяжения по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который они действуют.

    Сила, действующая на единицу длины контура, называется коэффициентом поверхностного натяжения. Обозначается σ. Измеряется в СИ [Н/м] или [Дж/м2].

 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: