40. Характеристика рідинного стану рідини. Поверхневий шар. Поверхневе на тяжіння. Формула Лапласа.

Рідина́ — один з основних агрегатних станів речовини поряд із газом та твердим тілом. Від газу рідина відрізняється тим, що зберігає свій об'єм, а від твердого тіла тим, що не зберігає форму. Рух рідин та тіл в рідинах вивчає розділ фізики гідродинаміка, будову та фізичні властивості рідин - фізика рідин, складова частнина молекулярної фізики. Загальна характеристика Рідина – конденсований агрегатний стан речовини, проміжний між твердим та газоподібним. Фізичне тіло, якому притаманна:а) плинність на відміну від твердого тіла; б) достатньо мала зміна об’єму (при зміні тиску й температури), на відміну від газу. Для рідин характерний ближній порядок розташування молекул (відносна впорядкованість у розташуванні молекул найближчого оточення довільної молекули, подібна до порядку в кристалічних тілах, але на відстані кількох атомних діаметрів ця впорядкованість порушується). Взаємодія між молекулами рідини здійснюється Ван дер Ваальсовими і водневими зв’язками. Рідини, крім розсолів та зріджених металів, погані провідники електричного струму. Поверхня рідини Найбільш характерною властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню. На кожну молекулу рідини діють сили притягання сусідніх молекул. Ці сили для молекул, що знаходяться всередині рідини, взаємно скомпенсовані. Рівнодійна ж сил притягання, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні розділу, напрямлена вниз (всередину рідини), тобто молекули поверхні мають так звану надлишкову поверхневу енергію. На поверхні утворюється дефіцит молекул, через що відстань між молекулами набагато більша від норми, тому поверхневий шар рідини розтягнутий і між молекулами на поверхні діють сили притягання або сили поверхневого натягу. Коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює відношенню сили поверхневого натягу F_пов до довжини лінії l, що обмежує поверхню розділу і вздовж якої вона діє по дотичній в кожній точці, перпендикулярно до будь-якого елемента лінії розділу середовищ:

У СІ [s] = Н/м. розглянули поверхневий натяг з погляду сил, що діють між молекулами поверхневого шару рідини. Отже, коефіцієнт поверхневого натягу рідини чисельно дорівнює роботі ізотермічного утворення одиниці поверхні рідини за її незмінного об'єму. За цих умов у СІ [s] = Дж/м². Сила поверхневого натягу F_пов = 2prs. Сила тяжіння F_т = mg. Оскільки m = rV = rpr² h, рівність набуде вигляду:

2prs = rpr²hg.                                 де h - висота підняття рідини в циліндричному капілярі; s - коефіцієнт поверхневого натягу рідини; r - густина рідини; r - радіус капіляра; g - прискорення вільного падіння.

Формула Лапласа Розглянемо тонку рідку плівку, товщиною якою можна знехтувати. Прагнучи мінімізувати свою вільну енергію, плівка створює різницю тиску з різних сторін. Цим пояснюється існування мильних бульбашок: плівка стискається до тих пір, поки тиск всередині міхура не буде перевищувати атмосферний на величину додаткового тиску плівки. Додатковий тиск в точці поверхні залежить від середньої кривизни в цій точці і дається формулою Лапласа:Тут R1, 2 - радіуси головних кривизн в точці. Вони мають однаковий знак, якщо відповідні центри кривизни лежать по один бік від дотичної площини в точці, і різний знак - якщо по різні боки. Наприклад, для сфери центри кривизни в будь-якій точці поверхні збігаються з центром сфери, тому     R1 = R2 = R Для випадку поверхні кругового циліндра радіуса R маємо

Δp має бути безперервною функцією на поверхні плівки, так що вибір «позитивної» сторони плівки в одній точці локально однозначно задає позитивну сторону поверхні у досить близьких її точках. З формули Лапласа слід, що вільна мильна плівка, натягнута на рамку довільної форми і не утворює бульбашок, буде мати середню кривизну, що дорівнює 0.