Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
192
ГЛ. II.6. жидкости
(11.6.6.4°). Кроме того, при повышении температуры сближаются значения плотностей сухого насыщенного пара и кипящей жидкости (11.5.3.2°).
2°. Сходство между жидкостями и твердыми телами подтверждается данными рентгеноструктурного анализа (V.2.4.50). При температурах, близких к температуре кристаллизации, расположение частиц в жидкостях сходно с упорядоченным расположением частиц, характерным для закристаллизовавшихся «жидкостей. Взаимное расположение соседних частиц в жидкостях сходно с упорядоченным расположением соседних частиц в кристаллах. Однако эта упорядоченность в жидкостях наблюдается лишь внутри малых объемов. При расстояниях г > (3 -i- 4)d от некоторой выбранной «центральной» молекулы упорядоченность размывается (d — эффективный диаметр молекулы (11.1.4.1°)). Подобная упорядоченность в расположении частиц называется ближним порядком в жидкостях.
3°. Рентгенограммы жидкостей не отличаются от рентгенограмм поликристаллических тел (V.2.4.5°), состоящих из очень мелких кристалликов (с линейными размерами порядка ICT9 м), произвольно ориентированных друг относительно друга в так называемых сиботаксических областях. В пределах этих областей распределение частиц является упорядоченным, но характер упорядоченности изменяется от одной сибо-таксической области к другой. Интенсивное тепловое движение при не слишком низких температурах быстро изменяет с течением времени расположение и структуру сиботаксических областей.
§ II.6.2. Дырочная теория жидкого состояния
1°. Важнейшим параметром, который определяет структуру и физические свойства жидкости, служит удельный объем. При плавлении кристаллического тела удельный объем возрастает незначительно, приблизительно на 10%. Такой рост удельного объема происходит в твердом теле под действием отрицательного давления, равного теоретическому пределу прочности (VII. 1.3.7°) твердого тела. Это дает возможность рассматривать жидкость как тело, в котором в различных местах нарушена целостность. При плавлении кристаллических
§ II.6.2. ДЫРОЧНАЯ ТЕОРИЯ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ
193
тел частицы вещества приобретают большую подвижность. Этим обусловливается важное свойство текучести жидкостей, а также нарушение дальнего порядка в кристаллах и возникновение ближнего порядка в жидкостях (II.6.1.2°). Кроме того, в результате большей подвижности частиц в жидком теле возникают микроскопические разрывы, микрополости — дырки. Тепловое движение в жидкостях приводит к тому, что дырки самопроизвольно исчезают в одних местах и появляются одновременно в других. Это эквивалентно хаотическому перемещению дырок.
2°. Дырочная теория строения жидкостей неприменима к жидкостям, находящимся под большим внешним давлением порядка тысяч атмосфер, когда сжимаемость жидкостей сравнима со сжимаемостью твердых тел. При высоких температурах, близких к критической1, жидкость по своим свойствам и строению близка к газу, для которого не имеет смысла понятие дырки и дырочная теория строения жидкостей неприменима.
3°. Из характера теплового движения в жидкостях (11.1.1.5°) следует, что молекула колеблется около некоторого положения равновесия в течение времени т, после чего это положение равновесия скачком смещается на расстояние, по порядку величины равное среднему расстоянию (d) между соседними молекулами:
(d) = *Jl77T0 = z]li/(NAp),
где п0 — число молекул в единице объема, Na — постоянная Авогадро (IX), р — плотность жидкости, ц — ее молярная масса. Например, для воды р = IO3 кг/м3, ц = 0,018 кг/моль и (d) — 3 • IO-10 м.
4°. Временем релаксации называется среднее время (т) «оседлого» пребывания молекулы жидкости вблизи некоторого положения равновесия. С повышением температуры (г) быстро уменьшается (п. 5°). Этим объясняются большая подвижность молекул жидкости при высоких температурах и малая вязкость жидкостей в этих условиях.
1 Вещества с весьма низкой критической температурой не рассматриваются.
194
ГЛ. II.6. ЖИДКОСТИ
5°. Для перехода молекулы от одного положения равновесия к другому (п. 4°) необходима затрата некоторой энергии активации W. Такой переход рассматривается как переход через потенциальный барьер высотой W (VI.1.7.10), ибо для его осуществления потенциальная энергия молекулы должна возрасти на величину W, и только после этого молекула может перейти в новое положение равновесия. Весь процесс оказывается возможным потому, что в результате столкновений при тепловом движении на отдельных молекулах концентрируется большая энергия, переданная им другими молекулами. Зависимость времени релаксации (п. 4°) от W и температуры имеет вид
(T) = VW
где k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°), T0 — средний период колебаний молекулы около положения равновесия.
6°. Если на жидкость в течение времени t 2> (т) действует внешняя сила, то частицы жидкости смещаются главным образом в направлении этой силы и обнаруживается текучесть жидкости. Если t (т), то за время действия силы частицы не успевают изменить свои положения равновесия и жидкость проявляет упругие свойства, сопротивляясь изменению и ее объема, и ее формы.
