Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
4~TeW/{kT\
где W — энергия активации. Вязкость т] быстро уменьшается с ростом Т, в то время как для газов она
растет пропрорционально JT . При больших давлениях вязкость жидкостей быстро возрастает с увеличением давления. Это связано с возрастанием энергии активации и соответствующим увеличением времени релаксации.
10°. В химически однородной жидкости коэффициент диффузии D резко возрастает с температурой по закону
г, _ dz -W/(kT)
D TTi---г е *
е<4>
где d — среднее расстояние между молекулами в жидкости, (т0) — средний период колебаний молекулы около положения равновесия. Возрастание D с ростом T объясняется, в основном, резким уменьшением времени релаксации (т) и некоторым увеличением d. При температурах, близких к критическим, коэффициенты диффузии в жидкостях становятся близкими к значениям коэффициентов диффузии в газах.
2. СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ
1°. На поверхности раздела двух фаз (жидкость и ее насыщенный пар, две не вполне смешивающиеся жидкости, жидкость и твердое тело) в результате различного межмолекулярного взаимодействия в соприкасаю-
11.8.2. СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ 291
щихся фазах обнаруживается направленная внутрь одной из них равнодействующая сил, приложенных к
1 м2 поверхностного слоя. В частности, на поверхности раздела жидкость—пар эта сила направлена внутрь жидкости.
2°. Для перенесения молекул из объема фазы в поверхностный слой необходимо совершить работу, которая идет на увеличение поверхностной энергии — создание избытка энергии частиц в поверхностном слое по сравнению с их энергией внутри остального объема фазы.
Для изотермического увеличения поверхностного слоя жидкости за счет молекул, находящихся в ее объеме, требуется совершить работу, идущую на увеличение свободной поверхностной энергии жидкости:
A = (Fs-Fv)N,
где (Fs-Fv) —средняя разность свободной энергии на поверхности Fs ив объеме Fv (на одну молекулу), N — число молекул в поверхностном слое жидкости.
3°. Работу изотермического образования 1 м2 поверхности (удельная свободная поверхностная энергия) называют поверхностным натяжением а данной жидкости на границе с другой фазой:
° = 1 = <Fs~Fv) I = (pS-Fv) "і.
N
где nI= — — поверхностная концентрация молекул.
Поверхностное натяжение выражается также формулой
где AF — изменение свободной поверхностной энергии, AS — изменение площади поверхностного слоя. На границе жидкости с собственным паром при комнатных
температурах а изменяется в пределах от 1,5 (угле-
M2
292
11.8. ЖИДКОСТИ
водороды) до 200 (расплавленные металлы). С по-
M2
вышением температуры и приближением ее к критической стираются различия между жидкостью и ее насыщенным паром. Вблизи критической температуры, при T —> Тк, а —* О. Вдали от Тк значение а линейно убывает с ростом температуры. Снижение поверхностного натяжения достигается введением в жидкость примесей поверхностно-активных веществ, адсорбирующихся на поверхностях раздела и уменьшающих свободную поверхностную энергию (мыла, жирные кислоты).
4°. Если поверхность жидкости ограничена периметром смачивания, то величина о равна силе, действующей йа единицу длины периметра смачивания и направленной нормально к ней. Эта сила лежит в плоскости, касательной к свободной поверхности жидкости.
5°. Условием устойчивого равновесия жидкостей является минимум свободной поверхностной энергии. В отстутствие внешних сил жидкость имеет минимальную площадь поверхности (при заданном объеме) и принимает сферическую форму.
3. СМАЧИВАНИЕ. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
1°. На границе соприкосновения трех фаз (7 — жидкость, 2 — газ, 3 — твердое тело) наблюдаются явления, называемые смачиванием (рис. II.8.1).
Свободная поверхность жидкости около твердой поверхности искривлена и называется мениском. Линия,
по которой мениск пересекается с твердым телом, называется периметром смачивания. Явления смачивания характеризуют краевым углом © между смоченной поверхностью твердого тела и мениском в точках их пересечения (периметра смачивания).
Рис. 11.8.1
11.8.3. СМАЧИВАНИЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
293
2°. Мерой стачивания считают величину О, определяемую по уравнению
где Gik — поверхностные натяжения на трех поверхностях раздела. Если O23 > O13, то © < п/2; жидкость имеет вогнутый мениск и смачивает твердое тело (рис. П.8.1, а), поверхность которого называется гидрофильной (карбонаты, силикаты, сульфаты, кварц). Если O23 < O13, то © > тг/2; жидкость имеет выпуклый мениск и не смачивает твердого тела (рис. П.8.1, б), поверхность которого называют гидрофобной (чистые металлы, сульфиды, графит). Если CT23 — O13 —» о12, то в —» 0, т. е. мениск ка-сателен к поверхности тела (идеальное смачивание). Межмолекулярные силы, действующие на частицу поверхностного слоя, в этом случае полностью компенсированы, и свободная поверхностная энергия этого слоя имеет минимальное значение. Если O23 * O13, то О л/2; жидкость имеет плоскую свободную поверхность. Этот случай называют отсутствием смачивания и несма-чивания.
