yavor1 (553178), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Может оказаться, что внутренняя энергия хорошо упакованных псевдоядер меньше внутренней энергии кристалла, и только благодаря наличию дырок, обладающих избытком энергии, суммарная внутренняя энергия жидкости оказывается больше, чем энергия кристалла. При образовании кристалла часть молекул должна продиффундировать в дырки и тем самым образовать регулярную структур ув дальний порядок. Но при низкой температуре вероятность диффузии очень мала, нбо время оседлой жизни молекулы стремится к бесконечности (см. рис.
34.2). Поэтому прн быстром охлаждении некоторых расплавов более вероятным оказывается образование аморфного тела, а не упорядоченной кристаллической решетки. 3. Заметим, что при аморфном состоянии тело обладает некоторым избытком энергии по сравнению с устойчивым кристаллическим состоянием. Поэтому аморфное состояние — это так называемое иетастабильное, т.
е. не вполне устойчивое состояние. Естественно, что со временем аморфные тела кристаллизируются. Так, в леденце через некоторое время образуются кристаллики сахара. Этим объясняется, почему при длительном хранении варенья оно может «засахариться». Точно так же стекло «стареет»вЂ” в нем образуются поликристаллические зерна. При этом оно теряет прозрачность и становится хрупким. 3 34.7. Энергия поверхностного слоя н поверхностное натяжение жидкости 1. Частицы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, обладают избытком энергии по сравнению с частицами, находящимися внутри жидкости. Внутри жидкости частица окружена в среднему ближайшими соседями (Я=! 1), а в поверхностном слое 331 оиа имеет вдвое меньше соседей (рис.
34.5). При температурах, близких к температуре плавления, энергия взаимодействия между двумя ближайшнми молекулами еж (/„где 1/„— глубина потенциальной ямы молекулярного взаимодействия (см. рис. 31.7). Отсюда следует, что энергия частицы внутри жидкости е,„у„ж Уаж жя(/„а энергия этой же частишл на поверхности е„„у(,уеж ж'~,3(/,. А так как 1/, — отрицательное число, то е„„,)е„„у, . Итак, из—: быток энергии, которой обладает ча— — стица, находяшаяся в поверхностном — — -~Я;уе†— слое, по сравнению с энергией этой ::фф: же частицы внутри жидкости, выразится так: — — — — Ла =а — е пав пав внутр /у- о ='/,2) (/, !.
Благодаря избытку энергии среднее расстояние между молекуламн возрастает (Я 31.5, 31.6). А это означает, что поверхностный слой является более рыхлым, чем внутренние участки жидкости. 2. Пусть иа единице плошади поверхностного слои содержится и' частиц. Поверхностный слой плошадью Я будет обладать избытком энергии 8~~в='-'а~о~п о /угп о ~ 6) (34.11) На единицу плошади приходится энергия а=47„„!3 ж У!,Яп'((/,!. (34.12) Эта величина называется поверхностной энергией жидкости. 3.
Всякая система частиц стремится перейти в состояние с минимальной энергией. Для жидкости это сводится к тому, что прп отсутствии внешних сил она будет принимать такую форму, чтобы при заданном обьеме она — имела наименьшую поверхность. В геометрии — — доказывается, что такой формой является сфера. Этим и объясняется, что в состоянии л/ 9 невесомости, условия которого рассмотрены в э 7.3, капля жидкости имеет строго сферическую форму.
Стремление жидкости уменьшить свою поверхность приводит к тому, что на границе между поверхностной пленкой и твердым телом возникают силы поверхностного натяжения. В этом позволяет убедиться простой опыт. Привяжем к проволочному кольцу нить, как это показано на рис. 34.6, а, и окунем кольцо в мыльный раствор. В образовавшейся мыльной пленке нить расположится случайным образом. Если теперь разрушить пленку по одну сторону нити, то оставшаяся пленка сократится так, чтобы ее поверхность стала мини- 332 мелькай (рис.
34.8, б). Нить удерживается в натянутом состоянии силами поверхностного натяжения, направленными внутрь пленки по касательным к ее поверхности. 4. Поверхностным натяжением о называется отношение силы„ с которой пленка действует на ограничивающий ее контур, к длине этого контура й о = — гЛ. (34. 13) 8 34.8. Давление под искривленной поверхностью жидкости 1. При контакте жидкости с твердым телом возможны случаи, когда жидкость либо смачивает, либо не смачивает это тело.
Так, ртуть хорошо смачивает чистые поверхности металлов и не смачивает чистое стекло; вода смачивает чистое стекло и не смачивает жирные поверхности, и т. д. Свободная поверхность жидкости на границе с твердым телом искривляется; в зависимости от характера смачивания образуется меннон той или иной формы.
Смачивающие жидкости образуют а/ Рис. 34.7. Рис. 84.8. вогнутый, несмачивающие — выпуклый мениск. Угол между смоченной поверхностью твердого тела и касательной к мениску в точке его пересечения с твердым телом называется краевым углом О.
Если жидкость смачивает поверхность твердого тела, то краевой угол оказывается острым (рис. 34.7, а): О(О<л!2. Если жидкость не смачивает поверхность твердого тела, то краевой угол тупой (рис. 34.7, б); и~2(О~в. Величина краевого угла зависит от химического состава твердого тела, жидкости и окружающего газа, от чистоты этих веществ и от нх температуры. Прн идеальном смачивании Π†. — О, при идеальном несмачивании О = и. 2.
Искривленная поверхность оказывает на жидкость избыточное давление. Для расчета этого давления ограничимся случаем, когда жидкость находится в трубке, радиус канала которой равен г (рис. 34.8). Искривленная поверхность жидкости образует сферический сегмент, поверхность которого составляет с поверхностью трубки краевой угол 8. На участок границы контакта жидкости с твердой стенкой дли- ной Ы действует сила поверхностного натяжения Лг = — оЛ(. Эта сила направлена по касательной к поверхности жидкости. Разложим эту силу на две компоненты: Лр„направленную внутрь стенки, и Лг",= — Лг" соз (1 = — оЫ соз О, направленную внутрь жидкости, Компонента ЬГ, вызывает давление, избыточное по сравнению с атмосферным.
3. Для вычисления избыточного давления следует силу давления Р,= — а. 2пгсозО разделить на плошадь круга 3=пг'. Имеем Р, 2о сои 8 (34.14) 3 и Мы видим, что избыточное давление оказываегся отрицательным, если краевой угол острый: при О( О(п!2 имеем соз О)0. Если же краевой угол тупой, т. е. Ы2(О(п, то соз О(0 и избыточное давление оказывается положительным, 9 34.9. Капиллярные явления 1.
Трубки с узким каналом, диаметром около миллиметра и менее, называются капилляраиа (от латинского сар111из — волос). Если такую трубку опустить в жидкость, которая ее смачивает, то жидкость внутри трубки поднимется вьппе свободной поверхности жидкости в широком сосуде (рис. 34.9, а). Несмачивающая жидкость, наоборот, опустится ниже ее уровня в сосуде (рис.34.9, б). сто Рис. 34.9. 2о сои 8 ркп— =0; г отсюда следует 2о сои О гРЮ (34.15) Для вычисления высоты капиллярного подъема (или опускания) жидкости следует учесть, что жидкость в трубке будет находиться в равновесии, если сумма гидростатического давления Рдй и давления под искривленной поверхностью р = — (2о соз О)!г будет равна нулю: Мы видим, что в случае смачивающей жидкости, когда краевой угол острый (соз О) О), высота подъема положительна; в случае несмачивающей жидкости краевой угол тупой (соз О(0) и высота капиллярного подъема отрицательна.
Уровень несмачивающей жидкости в капиллярной трубке будет ниже ее уровня в широком сосуде. 2. Капиллярные явления часто встречаются в природе. Ими объясняется гигроскопичность ряда тел, т. е. их способность впитывать влагу. Такова причина гигроскопичности ваты, тканей, почвы, бетона. Последнее учитывается в строительной практике: между фундаментом здания и стенами прокладывается слой толя, смолы или другого вещества, что препятствует проникновению влаги по стенам в жилые помещения. Подпочвенная влага по капиллярам почвы поднимается на поверхность и испаряется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
