Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение жидкости

Мы имеем достаточно четкое представление о строении газов и твердых тел. Газ является собранием молекул, движущихся беспорядочно во всех направлениях независимо друг от друга. В твердом теле почти все молекулы длительное время сохраняют устоявшееся взаимное расположение, выполняя только значительные колебания вокруг определенных положений равновесия.

Значительно сложнее строение жидкостей. Если взять замкнутую сосуд, в которой есть жидкость и пар, жидкость занимает нижнюю часть, а остальное пространство заполнена паром. Конечно, молекулы и в паре, и в жидкости находятся в непрерывном движении и могут вылетать из жидкости и переходить в пар и, наоборот, из пары залетать в жидкость. Однако между паром и жидкостью сохраняется (при неизменной температуре) резкая граница, и обмен молекулами не затрагивает равновесия между этими двумя состояниями; только это равновесие имеет подвижный характер.

Резкая граница между паром и жидкостью разделяет два состояния, или две фазы вещества, из которых парообразная характеризуется значительно меньшей плотностью, чем жидкая. В жидкой фазе среднее расстояние между молекулами значительно меньше, чем в паре, и, согласно этому, межмолекулярные силы сцепления в жидкости значительно больше, чем в паре. Этим и объясняется различие в характере движения молекул в паре и в жидкости.

В паре, подобно газу, можно не учитывать сил сцепления и рассматривать движение как свободный полет молекул и соударения их одной о другую и с окружающими телами.

В жидкости молекулы, как и в твердом теле, в значительной степени взаимодействуют, удерживая друг друга. Однако когда в твердом теле каждая молекула сохраняет неограниченно долго определенное положение равновесия внутри тела и движение ее сводится к колебанию вокруг этого равновесного положения, характер движения в жидкости другой. Молекулы жидкости движутся значительно свободнее, чем молекулы твердого тела, хотя и не так свободно, как молекулы газа. Каждая молекула в жидкости в течение некоторого времени движется то туда, то сюда, не удаляясь, однако, от своих соседей. Это движение напоминает колебания молекулы твердого тела вокруг положения равновесия. Но время от времени молекула жидкости вырывается из своего окружения и переходит в другое место, попадая в новое окружение, где снова в течение определенного времени осуществляет движение, подобное колебания.

Итак, движение молекул жидкости представляет собой нечто вроде смеси движений в твердом теле и в газе: «колебательный» движение на одном месте меняется «свободным» переходом из одного места в другое. В соответствии с этим строение жидкости представляет собой нечто среднее между строением твердого тела и строением газа. Чем выше температура, то есть чем больше кинетическая энергия молекул жидкости, тем большую роль играет «свободный» движение (тем короче промежутки «колебательного» состояния молекулы) и чаще «свободные» переходы, то есть тем больше жидкость уподобляется газа. При достаточно высокой температуры, характерной для каждой жидкости (так называемая критическая температура), свойства жидкости не отличаются от свойств очень сжатого газа.

Следует отметить, что мы имеем не столь четкие представления о строении жидкостей, чем о строении газов и строении кристаллических тел, что объясняется значительно большей сложностью явлений, характеризующих жидкость.

Поверхностный слой жидкости отмечается особыми свойствами. Вы хорошо знаете, что сухие песчинки не прилипают друг к другу, но когда песок смочить водой, то легко можно сделать из него любую фигуру. Интересно и то, что в воде песчинки также не будут прилипать друг к другу. Слипание песчинок мокрого песка легко объяснить действием сил сцепления молекул воды, которые окутывают песчинки. Почему силы сцепления не проявляют своего действия, когда песчинка под водой. Все дело в силах, действующих на песчинку со стороны соседних молекул. Чтобы перевести молекулу из внутренних слоев к поверхности, надо выполнить работу против указанной равнодействующей силы. Итак, каждая молекула, которая находится вблизи поверхности жидкости, имеет некоторый избыток потенциальной энергии по сравнению с молекулами, которые находятся внутри жидкости. Чем больше поверхность жидкости, тем большее число молекул имеет эту избыточную потенциальную энергию. Итак, в случае увеличения поверхности данной массы жидкости (например, если измельчить воду на мелкий водяная пыль) энергия жидкости увеличивается. В этом случае внутренняя энергия тела пропорциональна размерам поверхности, и поэтому ее часто называют поверхностной энергией.

Поскольку молекулы пытаются войти внутрь жидкости с ее поверхности, жидкость принимает такую форму, при которой ее свободная поверхность имеет наименьшую возможную величину.

Загрузка...
Мы в Google+