Характеристика жидкого состояния вещества.

В жидком состоянии вещество сохраняет свой объем и принимает форму сосуда, в котором оно находится.

В небольшом объеме жидкости наблюдается упорядоченное расположение молекул, а в большом объеме оно оказывается хаотическим. Иначе говоря, в жидкости существует ближний порядок в расположении молекул, но отсутствует дальний порядок. Такое строение называется квазикристаллическим. Свойства жидкого состояния вещества ближе к свойствам твердого состояния, чем к свойствам газообразного.

Молекулярное давление поверхностного слоя жидкости

Выясним, чем отличаются действия молекулярных сил внутри жидкости от действия молекулярных сил на ее поверхности. Среднее значение равнодействующей молекулярных сил, действующих на молекулу , равно 0 (рисунок 25), т.к. она со всех сторон окружена молекулами. Радиус действия молекулярных сил . Снизу от молекулы находится много молекул, а сверху мало.

Пар, находящийся над жидкостью, практически не влияет на результирующую силу молекулярных сил .

Равнодействующая молекулярных сил, действующих на молекулу

Рисунок 25. Действие молекулярных сил в жидкости

, значительно меньше, чем на молекулу .

Результирующие силы направлены во внутрь жидкости перпендикулярно ее поверхности.

Под действием результирующих сил все молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое толщиной , втягиваются внутрь жидкости. Поэтому поверхностный слой создает давление. Величина этого давления очень велика. Для воды она порядка 10⁹ Па (11 тысяч атмосфер).

Поэтому с помощью внешнего давления сжать жидкость очень трудно. При относительно малых давлениях, с которыми мы имеем дело в жизни и технике, жидкость можно считать несжимаемой.

Энергия поверхностного слоя жидкости.

Молекулы поверхностного слоя жидкости имеют большую потенциальную энергию, чем молекулы, распложенные внутри жидкости. Эту дополнительную энергию называют свободной энергией. За счет ее может быть совершена работа, связанная с уменьшением свободной поверхности жидкости.

где Δ – изменение площади свободной поверхности. Коэффициент поверхностного натяжения () измеряется работой молекулярных сил при уменьшении площади свободной поверхности жидкости на единицу. Его размерность: []=1 .

Т.к. любая система стремится к минимуму энергии, то жидкость стремится к минимуму площади поверхности – к шару. Поэтому капли и мыльные пузыри круглые.

Поверхностное натяжение

Сила поверхностного натяжения, обусловленная взаимодействием молекул жидкости, вызывающая сокращение площади ее свободной поверхности и направлена по касательной к этой поверхности, называется силой поверхностного натяжения (рисунок 26).

Работа силы поверхностного натяжения:

К

Рисунок 26. Сила поверхностного натяжения мыльной пленки

оэффициент поверхностного натяжения σ численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости.

На величину влияет температура жидкости и среда, находящаяся над поверхностью жидкости.

Смачивание

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют смачивающей.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердых веществ, то жидкость называют не смачивающей.

Н

Смачивающая Не смачивающая

Рисунок 27. Смачивание жидкостью поверхности твердых тел

апример, вода, – смачивающая жидкость для стекла (рисунок 27а), и не смачивающая для парафина (рисунок 27б).

Угол Θ называют краевым углом. Для

смачивающих жидкостей угол Θ острый, а для не смачивающих – тупой. Мерой смачиваемости служит Θ. Он положителен для смачивающих жидкостей и отрицателен для не смачивающих жидкостей. При полном смачивании , при полном не смачивании cos = -1.

Мениск

Искривление поверхности жидкости у краев сосуда отчетливо видно в тонких трубках. В трубке с круглым сечением эта поверхность является частью поверхности сферы и называется мениском. У смачивающей жидкости мениск вогнутый (рисунок 28а), а у не смачивающей выпуклый (рисунок 28б).

Искривленная поверхность жидкости стремится выпрямиться под действием давления Лапласа . Французский ученый Лаплас определил величину этого давления. Для сферической формы свободной поверхности жидкости с радиусом r это давление выражается:

=

Рисунок 28. Образование мениска в трубках малого диаметра