Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Яворский Б.М. -> "Физика для школьников старших классов и поступающих" -> 57

Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.

Яворский Б.М. Физика для школьников старших классов и поступающих — М.: Дрофа, 2005. — 795 c.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyashkolnikovstarshihklasov2005 .djvu
Предыдущая << 1 .. 51 52 53 54 55 56 < 57 > 58 59 60 61 62 63 .. 236 >> Следующая


где а и Ъ — положительные коэффициенты, зависящие от строения молекул и типа сил межмолекулярного взаимодействия. На рис. II.5.1 показаны зависимости Flr и F2r от г.

Результирующая сила

F = F1 + F2 = FrJ-,

причем Fr = Flr + F2r. На рис. П.5.1 показана зависимость Fr от г.
180

ГЛ. И.5. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ

5°. При г = гq силы F1 и F2 уравновешиваются и F = 0. При г > гq сила F2 > F1, а при г < г0 сила F2 < Fv Таким образом, г0 . есть равновесное расстояние между молекулами, на котором они находились бы, если бы не было теплового движения.

6°. Элементарная работа 5А, которая совершается результирующей силой F при увеличении на dr расстояния между молекулами, равна убыли взаимной потенциальной энергии Wu двух молекул,

8А = F dr = Fr dr = - dWn.

Интегрируя ПО Г ОТ Г до OO, получим

J dWu = -J*V dr и Wn-Wn(CO) = j>r dr.

Wn Г Г

При г = оо молекулы не взаимодействуют и Wrn(Oo) = о, поэтому

OO

Wn-Jpr dr.

г

Интеграл может быть вычислен графически по известной зависимости Fr от г (рир. II.5.1). Он пропорционален площади, ограниченной кривой Fr = Fr(r), осью г и вертикальной пря-
§ П.5.1. СИЛЫ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 181

мой г = const, соответствующей значению г, для которого вычисляется Wn. При г > г0 энергия Wn < 0, ибо Fr < 0; при г = г0 энергия Wn достигает минимума: Wn(r0) = Wn мин. Это следует из уравнения

Система, состоящая из двух взаимодействующих молекул, в состоянии устойчивого равновесия (г = г0) обладает наименьшей потенциальной энергией. При г < г0 энергия Wn начинает возрастать, становится положительной и затем резко возрастает в связи с быстрым увеличением сил отталкивания при уменьшении г (рис. II.5.2).

7°. Величина Wn мин наименьшей потенциальной энергии взаимодействия молекул является критерием для различных агрегатных состояний вещества.

Если kT > IWnmJ, то вещество находится в газообразном состоянии. При kT <? |Wn мин| осуществляется твердое состояние. Условие kT < |Wn мин| соответствует пребыванию вещества в жидком состоянии. Здесь kT — удвоенная средняя энергия, приходящаяся на одну степень свободы теплового движения молекулы (11.3.6.4°).

8°. Силами Ван-дер-Ваалъса (ван-дер-ваалъсовы силы) называются слабые силы1 притяжения, действующие между молекулами на расстояниях порядка 10-s м (п. 4°). Эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнении состояния реального газа Ван-дер-Ваальса (11.5.2.4°). Существуют три типа ван-дер-ваальсовых сил притяжения, причем все они имеют электрическую природу. Формулы для этих сил, приведенные ниже, записаны в гауссовой системе единиц СГС (см. IX).

а) Ориентационные силы притяжения полярных молекул (111.4.1.4°). Эти силы обусловлены преимущественной ориентацией дипольного электрического момента ре (111.2.2.4°) одной полярной молекулы в электрическом поле другой поляр-

1 Имеется в виду малай величина этих сил по сравнению с силами притяжения, обеспечивающими образование устойчивых молекул (п. 9°).
182

ГЛ. II.5. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ПАРЫ

ной молекулы. Указанной ориентации молекул препятствует их тепловое движение. Ориентационная сила притяжения двух однородных молекул

РІ 1 F = 4 — —

°р kT г7 ’

где г — расстояние между молекулами, k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°), T — температура.

б) Индукционные силы притяжения двух полярных молекул (в случае разнородных молекул также полярной и неполярной молекул) связаны с изменением дипольных моментов молекул под влиянием электрических полей этих молекул, т. е. с деформационной поляризацией взаимодействующих молекул (ІП.4.2.2°). Для однородных молекул

Fiiba = 12сф| ,

где а — поляризуемость молекулы (111.4.1.3°).

в) Дисперсионные силы притяжения действуют как между полярными, так и между неполярными молекулами. Эти силы имеют квантовомеханическое происхождение. Классическое истолкование дисперсионных сил состоит в следующем. Благодаря движению электронов их конфигурация в молекулах непрерывно изменяется. Поэтому неполярная молекула имеет нулевой дипольный электрический момент лишь в среднем. В каждый момент времени такая молекула обладает мгновенным электрическим моментом и вызывает соответствующую деформационную поляризацию соседней молекулы, благодаря чему молекулы притягиваются. Дисперсионная сила притяжения равна среднему значению мгновенной силы притяжения двух молекул для всевозможных конфигураций электронов в молекулах. Согласно простейшей модели Друде, в которой молекулы представляют собой трехмерные осцилляторы,

¦^дисп 2aZ^VM ’

где h — постоянная Планка, V0 — частота колебании осциллятора (часто величина Ziv0 близка к энергии ионизации молекулы).
§ II. 5.1. СИЛЫ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 183

Как правило, определяющую роль во взаимном притяжении молекул играют именно дисперсионные силы. Для большинства веществ даже с полярными молекулами дисперсионные силы значительно превосходят по величине как ориентационные, так и индукционные силы притяжения.

Свое название дисперсионные силы получили в связи с аналогией возникновения этих сил и явления дисперсии при прохождении электромагнитных волн в веществе (V.3.4.1°).
Предыдущая << 1 .. 51 52 53 54 55 56 < 57 > 58 59 60 61 62 63 .. 236 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed