Влажность воздуха. Характеристика жидкого состояния вещества. Характеристика твердого состояния вещества. Плавление и кристаллизация, страница 13

Опишем теперь сферу молекулярного действия вокруг любой молекулы С из поверхностного слоя.

Поверхностный слой – слой жидкости около ее поверхности толщиной в радиус молекулярного действия.

Все молекулы из заштрихованного симметричного шарового пояса можно перебрать, как молекулы из сферы А.

Равнодействие их сил притяжения равно 0. Все молекулы из не заштрихованных сегментов можно попарно перебрать, как молекулы из сферы В. Равнодействия их сил взаимодействия направлено в глубь жидкости перпендикулярно ее поверхности (объемы сегментов одинаковы, концентрация в нижнем гораздо больше). Следовательно, на все молекулы поверхностного слоя действуют равнодействие сил молекул. 

Это приводит к молярному давлению, которое производит поверхностный слой на жидкости. Под действием сил молекулярного давления молекулы, если могут , переходят из поверхностного слоя в глубь жидкости. Поэтому поверхность жидкости минимальна для данных условий. Так предоставленная самой себе жидкость принимает шарообразную форму (для тел заданного объема минимальную поверхность имеет шар, капля воды, капля ртути). Вода в сосуде имеет горизонтальную поверхность под действием сил тяжести.

Действием сил молекулярного давления можно объяснить малую сжимаемость жидкости. Эти силы не передаются по закону Паскаля, действуя только на молекулы жидкости, а не на погруженные в нее тела. Молекулы жидкости располагаются друг от друга на расстояниях, немного меньше 2rm, поэтому силы отталкивания молекул компенсируют давление поверхности слоя.

Энергия поверхностного слоя жидкости

Молекулы поверхностного слоя обладают избыточной потенциальной энергией (по сравнению с «глубинными» молекулами). Поэтому наблюдаемая тенденция к уменьшению поверхности согласуется с обычным стремлением всякой механической системы к устойчивому равновесию, связанной с минимумом потенциальной энергии.

Увеличение поверхности жидкости требует совершения определенной работы.

Поверхностное натяжение.

Коэффициент поверхностного натяжения,

его определение, физические единицы измерения

Перебирая действие всех молекул из сферы молярного действия, мы не обнаружили действие молекул, расположенных на одном уровне с выбранной. Если притяжение этих молекул в глубине жидкости компенсируется отталкиванием, то притяжение таких молекул поверхностного слоя приводит к некоторым эффектам.

Расстояние между молекулами поверхностного слоя несколько больше таких расстояний в глубине жидкости. Тогда силы притяжения молекул, расположенных на одной горизонтали в поверхностном слое, несколько больше соответствующих сил отталкивания.

Таким образом, вдоль поверхности жидкости действуют силы поверхностного натяжения – молекулярные силы притяжения, направленные перпендикулярно к любому контуру   на этой поверхности, стремящейся уменьшить ее величину.

Эти силы действуют между молекулами, расположенными на одинаковой глубине в поверхностном слое.

Силы поверхностного натяжения максимальны у поверхности жидкости и постепенно уменьшаются до 0 на глубине, равной радиусу молекулярного действия.

 Свободно расположенная нить находится на мыльной пленке. Силы поверхностного натяжения уравновешиваются, и их суммарное действие на любой элемент нити равна 0.

Прорвем пленку под нитью. Под действием оставшихся сил пленка примет вправо.

На проволочном прямоугольнике расположим свободно плавающее «седло» Погрузим в мыльный раствор, полученную мыльную пленку, которая силой  поверхностного натяжения поднимет «седло» с привязанным к нему грузом.

Можно растянуть пленку, она будет квазиупруго ( guasi - как будто) деформироваться.

Измерим силу 2 F, разделим на длину 2 ( на проволоку действуют 2 силы F со стороны ближе к нам  и с противоположной., приложенной к двум длинам l).

    - коэффициент поверхностного натяжения.

Определение: Величина, численно равная силе поверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины контура на поверхности, называется коэффициентом поверхностного натяжения.