Я.И. Френкель - Кинетическая теория жидкостей (1108150), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Ясно, впрочем, что при таких ус:ювиях приблюкенное выражение (5)>) для га как функции Т становится непригодным. Заменяя его более точной фОРмУлОй (,>а) и ноРевксываа нос.кциюю е впдс зйавнопаа — а!и с— Т Та =~) ' 2а ~ /сТ, Т вЂ” — левая часть г:старого достигает максимума крп — е= 2.7, со а мы видим, что этой степени перегрева жидкости соответствует минимальное значение г*, равное з случае воды, при р.—..1 атм., 4.10"л см, т.
е. отвечающее ничтожно малов скорости вскипапия. Этот реаультат не является точным (так как он основан на предположении о пеаависилюсти 1 от Т). Тем не менее мы можем заключить из него, что вадя (а равным образом ги другие жидкости) при нормальном давлении и при отсутствии каких-либо обстоятельств, облегчающих вскш>анне (кавитацин>), не люгла бы быть доведена до кипения сколько-нибудь умеренным перегревапнем. Тот факт, что на самом деле совершенно незначительная степень перегрева он>ге>>- кается достаточной для вскнпания любой жидкости, покааывает, что факторы, облегчагощне это вскипанне (и соответствующие ядрам конденсации в случае пересыщеяного пара), должны фактически присутствовать в любой жидкости (см. следующий параграф).
Прн отсутствии подобны> факторов вскипание могло бы быть вызвано лишь путем применения болгших отрицательяых давлений, способных создать местные разрывы жн,'>- кости (кавитацию). Формула (4а) показывает, что для снижения крктн'>еского радиуса зародышевых пузырьков до 10-' см при температуре 100 г (соответствугощей р - — -10» дин/см') необходимо применить г>трица давление порядка 10' дин/см'. ИЮ атм., что составляет около '/, ма -сизо „максилгального отрицательного давления, которое жидкость могла бы вы ер ы выдерисать без разрыва в отсутствие гетерофааных флуктуаций. Чы видим, таким образом, что теория конденсации пересыпгенногг, пара и в особенности вскипания перегретой жидкости остается пустой схемой, имев>щей весьма ограниченное значение для понимания денстви тельных явлений, если не принимать во внимание факторов, облегчающих этк процессы и практически всегда имеющихся в наличии. б 5.
1'оль твердых поверхностей и яосторояних коллоидных частиц в процессах кавитацин и конденсации 11ы рассмотрим сначала причины, обусловлнв рывпой прочности жидкостей и обеспечивающие ния при сравнительно незначительных перегрева Хорошо известно, что в кипящей жидкости пу: как правило, не в объеме жидкости, а на поверхн твердых стенок. Этот факт объясяяется, очевидно, свободная апергия жидкости по отпошению к па чем поверхностная свободная энергия ее границь или, вернее, что величина ба=а +а агощие пони. кепне развозможность их вскиках. >ырьки пара возникают, ости ограничивающих ее тем,что поверхностная ру о, гораздо болюпе, г с твердым телом о,л, еюс > '~~~> "равная работе, которая должна быть затрачена на единицу площади для отрыва жидкости от твердой стенки, гораадо больше, чем 2а, а, т.
е. чем работа, необходимая для отделения одной части рассматриваемой жидкости от другой вдоль той же самой площади. Эта точка зрения подтвер- ~:::,;:... и>дается тел> фактом (уже упоминавшимся в гл. П!, 4 1), что, когда жидкая ртуть, ааполняющая запаянныи стеклянный сосуд, растягивается путем охлаждения (благодаря адгезии ее к стенкам сосуда и большему значению »' коэффициента расширения у ртути, челг у стекла), она никогда не испыты-.':: —: вает внутреннего раарыва, но в конце концов при отрицательном давлении порядка сотни атмосфер отрывается в каном-либо особо слабом месте от стенки сосуда.
Адгезия жидкости к твердой поверхности, измеряемая величиной Ло, может быть спи>кена при наличии мономолекулярного слоя какого-либо поверхностно-активного вещества или тонкой >киркой пленки, адсорбированной на этой новерхпости или покрывающей ее. и) Подобные «загрязнения» должны быть тщательнейшим обрааом удалены, для того чтобы можно было обеспечить более или менее прочнуго адгезию ';-':;:. жидкости к стенкам сосуда и тем самым более или менее значительную степень перегрева жидкости.
»:' Если эти аагряанения не распределены равномерно вдоль всей поверхти, но сосредоточены в отдельных изолированных участках ее, то кави- Пинегина фаеовык ирсера>цений Процессы кавитации жидкостей и конденсаци~ наро тация (вскинание) жидкости прп ее растяжении илн нагревании дол>ьиа йачйнаться именно на этнт участках, причем воаникающие разрывы (не и'форме пузырьков, а скорее плоских лиаз) могут быстро расширяться зэ 'цервояачальные пределы совершенно подобно тому, как это происходит прн хрупком раарушении твердых тел под влиянием сравнительно щбольших растягивающих напряжений, прн наличии зародышевых трещинок, постоянно расширяющихся н углубляющихсл вследствие перенапрл- И>етшй, концептрирующи>нся на их кралх (Гриффнтс, Иоффе).
Роль таких зародышевых трещинок могут играть не только слабые 'места с малым аначепием Ло, но ташке и маленькие пузырьки какого-либо газа, содержащегося (в поглощенном состоянии) в самой жидкости пли и"стенках сосуда; подобные пузырьки возникают спонтанным образол> и,> дпе и стенках стакана с водой при продолжительном стоянии. Необходнмо, впрочем, отиетить, что зародьппеиые пузырьки должны предварительно возникнуть путем тепловых флуктуаций в таких местах стенок, кцторые характеризуются особенно малыми значениями величины Лс. Обозначая через О контактный угол пузырька,м имеем, согласно формуле Неймава, с> л = =, „+:е .
соэ 0, илп, по определению Ло, Ь =- с, (1 — сов б) . Отсюда видно, что при Ло О контактный угол обращается в пуль (цавершенпо плоский пуаырек). Этот случай соответствует песмачивапиа> твердой стенки рассматриваемой жидкостью. Впрочем, несмачивзни> может быть еще более полным при отрицательных значениях Ло, Не следует, однако, думать, что в этом случае отрыв жидкости от стенок может осуществляться помимо тепловых флуктуаций (т. е. без помоьци теплового движения). В самом деле„для отрыва и;ндкости от стенки по кругу радиуса г необходимо затратить работу, равную сумме величины н>аЛ2 и свободной энергии контура возникал>щего пузырька йтга, где а — - линейное пата>кение этого контура, Последняя величина является существенно положительной, так что даже в том случае, когда Ло с О, работа образования пузырька оказывается положительной до тех пор, пока его радиус достаточно мал.
Максимальное значение этой работы соответствует критическому значенпю ради>са, определяемому формулой г —. ', >2'> сс и равно —, где (Ло(=.— Лс. Отсюда следует, что верояпюсть возж>юю )ао! ' вения жизнеспособного пузырька сверх>'рнтических размеров путем меь»- виана гетерофазных флуктуаций, аналогичного тому, который был рассмптрен наин вы>пе для случая возни>сновгипл зародышевых капель в >и ре- >2 Отсчитываемый от обнаженной иоиерхвастн стенки н гравице пузыри (';,:!1(йьвиеш>ом паРе, пРопоРциопальна е 'с'' нт. Неооходлмо, од>л>ьо, оть>етитги ;":;Что в том случае, когда температура Т лежит ии>ье температуры 4,,'!и>мнения, рост возникшего пузырька более нли менее бь>стра прностапа--.:,;:,)вливается, а именно тогда, когда давление заполняющего его газа стано,"':.; питон меньше внешнего давления.
Выделение посторонних газов, растворенных в жидкости илн и степках ~;;,=,, зодер>кащего ее сосуда, представляет собой процесс, совершенно сходни>н „";!с процессом всьипания жидкости и фактически способствующий этак>у '!","ауйнипанию. Его связь с явлениями предкипенил иллюстрируется реэ>;км с;.-'-'-':)э>озрастанием поглощения (рассеяния) ультразвуковых волн ири распро.':-:„'.странении их в жидкости, содержащей болыпие количества растворенных 5:!т>эаав„когда температура ее приблн>каетсл к точке кипения; нагло>ценив >-„:~,';.~~о обусловливается рассеянием волн нз зародышевых пузырьках, воз-"-;,::-;~)икающих в объеме жидкости на поверхности содержаьцнхся в иен ш шл':а.,$егг >или других >соллоццных частиц.
Следует заметить, что кавитацил, и в особенности поверхностная кави'.".'; тацця, сильно облегчается мощными ультразвуковыми колебаниями, таь :,>~гйи последние связаны с отрицательными давлениями (чередующимися "';::с -положительными) очень болыпой величины. ;:,.';-,':": гПоскольку поверхность соприкосновения жидкости с твердым телом -:"~ййяется обычно средоточием двойного электрического слоя (диффузная :;-"::,Сварена которого находится в жидкости), поверхностная кавнтацкя, сил'-:;:::~йцциая с быстрым отделением противоположно зарин енных сторон этого ".!-,:Яйся друг от друга, должна сопровождаться появлением высоких разно- .~2";стай потенциала, соответствующих электрическим полям того же порядка ,!;;д>>>>павины ( 102 'тПсм), как и те, которые первоначально были сосредото-",„",~геиы у контактной поверхности. Когда толщина газовой линзы, образую:::;ЩЮйая на месте отрыва жидкости от стенок, становится в несколько раэ ~.' Й~льше длины свободного пробега электронов в наполняющем ее газе, ';.;,"!',щвз иогледний должен проскакивать разряд.
Тот факт, что подобные элшц'трцческие микроразрлды на самом деле происходят в жицкости в реэуль;;"':дФте навигации, обусловленной мощными ультразвуковыми колебакилми, ;:,.' >и~ был до сих пор установлен непосредственным экспериментом. Опыт ';",";И9ивйь>пает, однако, что в жидкости под влиянием ультразвуковых коле- '",~;,'-:бйинй происходлт различные химические реакции (образование атомного ,.'-'-кислорода, перекиси водорода и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
