Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества" -> 97

Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества — М.: Физматлит, 2004. — 335 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyauglubleniyaizucheniya3stroenieisvoystva2004.pdf
Предыдущая << 1 .. 91 92 93 94 95 96 < 97 > 98 99 100 101 102 103 .. 151 >> Следующая


Измерение влажности воздуха. Для измерения влажности воздуха существуют приборы гигрометры и психрометры. Действие конденсационного гигрометра основано на измерении точки росы, т. е. на измерении температуры охлаждаемой поверхности в тот момент, когда она запотевает. Зная точку росы и температуру воздуха, можно по специальным таблицам определить парциальное давление паров воды и относительную влажность.

Действие психрометра основано на зависимости интенсивности испарения воды от относительной влажности воздуха. Он состоит из двух термометров, шарик одного из которых сухой, а шарик другого обернут полоской влажной ткани, конец которой погружен в воду. По разности показаний сухого и влажного термометров с помощью специальных таблиц определяют влажность воздуха.

Поверхностное натяжение. В термодинамической системе, состоящей из нескольких фаз, всегда имеются границы раздела. С этими межфазными границами связан ряд свойств системы, к обсуждению которых мы и переходим.

В жидкой фазе на молекулы вещества действуют силы притяжения со стороны окружающих молекул. Когда молекула находится в глубине жидкости и удалена от поверхности, то эти силы действуют во все стороны и в среднем уравновешиваются. Если же молекула находится вблизи поверхности, то действие на нее других молекул приводит к появлению равнодействующей силы, направленной внутрь
216

V. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕОКОЙ ТЕОРИИ

жидкости. Для увеличения свободной поверхности жидкости часть молекул должна перейти из объема в поверхностный слой, а для этого необходимо совершить некоторую работу. Поэтому существование поверхности жидкости связано с дополнительной энергией.

Поверхностная энергия — это избыток потенциальной энергии молекул в поверхностном слое по сравнению с энергией молекул внутри фаз (т. е. в объеме вдали от границы), обусловленный отмеченным различием межмолекулярных взаимодействий в граничащих фазах.

Сила поверхностного натяжения. Сила поверхностного натяжения — это сила, которая действует вдоль границы раздела, например вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно линии (реальной или мысленной), ограничивающей эту поверхность. В существовании силы поверхностного натяжения можно убедиться с помощью следующих простых опытов.

Наиболее наглядны опыты с использованием мыльной пленки. Положим петлю из нитки на мыльную пленку, полученную при обмакивании проволочного каркаса в мыльном растворе (рис. 81). Пока мыльная пленка внутри петли цела, петля сохраняет любую приданную ей форму (рис. 81а). Если же пленку внутри петли проткнуть, то нить принимает форму окружности (рис. 816). Такая форма обеспечивает минимальную площадь оставшейся на каркасе пленки и тем самым минимальное значение ее поверхностной энергии.

Благодаря поверхностному натяжению жидкость в отсутствие внешних сил принимает форму шара, т. е. имеет минимальную при данном объеме поверхность и соответственно минимальную поверхностную энергию. Так бывает в невесомости, например в кабине космического корабля, где невозможно налить воду в стакан, и при свободном падении дождевых капель.

Поверхностная энергия. Количественно поверхностное натяжение о характеризуется отношением модуля F силы поверхностного натяжения, действующей на границу поверхностного слоя, к длине границы /, или, что то же самое, отношением поверхностной энергии Un0B к площади S поверхности:

Рис. 81. Петля из нитки на мыльной пленке

сг = —

(2)

В случае плоской поверхности жидкости сила поверхностного натяжения не зависит от того, насколько поверхность «растянута». Строго говоря, само понятие «растяжение» для такой поверхности
§ 25. ГАЗЫ, ЖИДКОСТИ, ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

217

лишено смысла: чтобы увеличивать площадь поверхности, вытягивая в поверхностный слой из объема все новые и новые молекулы, необходимо, в отличие от случая растягивания резиновой пленки, прикладывать постоянную силу, так как поверхностный слой, увеличиваясь по площади, не меняет своих свойств.

Именно это свойство сил поверхностного натяжения приводит к эквивалентности двух определений величины а в формуле (2).

В самом деле, работа, совершаемая при перемещении ограничивающей мыльную пленку перемычки длиной I на расстояние х (рис. 82) равна Fx = lalx — 2сгЛ5, где A.S = 1х — увеличение площади поверхности одной стороны пленки. Эта работа равна приращению поверхностной энергии пленки Л^пов = 2сг AS.

Смачивание. Вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел возникает смачивание — явление, приводящее к искривлению свободной поверхности жидкости у поверхности твердого тела. Если сила взаимодействия между молекулами жидкости и

ш

Рис. 82. К вычислению работы при увеличении поверхности пленки

Рис. 83. Краевой угол в случае смачивания (а) и несмачивания (б)

твердого тела больше силы взаимодействия между молекулами самой жидкости, то говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность. В этом случае угол 0 между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и поверхностью твердого тела, называемый краевым углом или углом смачивания, будет острым (рис. 83а). В противном случае угол 0 будет тупым (рис. 836). При полном смачивании 0 = 0, при полном несмачивании 0 = л. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает поверхность, покрытую парафином.
Предыдущая << 1 .. 91 92 93 94 95 96 < 97 > 98 99 100 101 102 103 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed