Свойства жидкого

состоянияПлан:

1. Структура жидкостей

2. Поверхностный слой

3. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа.

4. Капиллярные явления.

Структура жидкостей

Жидкости, в отличие от кристаллов, характеризуются ближним порядком в расположении молекул: т.е. расположение ближайших молекул к данной является упорядоченным, а с увеличением расстояния упорядоченность пропадает

(1) Ближний порядок (жидкость) (2) Дальний порядок (кристалл)

Структура жидкостейТеория жидкого состояния Дж. Бернала (1958 г.)

В жидкостях существует симметрия пятого порядка: т.е. в среднем каждая молекула имеет одиннадцать ближайших соседей. В жидкости образуются компактные образования – псевдоядра, между псевдоядрами образуются «дырки».

В такой системе дальний порядок невозможен (нельзя покрыть пространство многогранниками, у которых грань – правильный пятиугольник).

Парная корреляционная функция – Зависимость средней вероятности обнаружения молекулы от расстояния

P(r)

r r

P(r)

r

P(r)

газ кристалл жидкость

Структура жидкостей

(1) Движение молекул в газе

(2) Движение молекул в жидкости

kTeW0

~

Вероятность перескока молекулы от одного псевдоядра к другому

0 - Энергия активации

kTe0

0

Время оседлой жизни

Механизм диффузии в жидкостях по Френкелю:

kTeuD0

0

22

333

1

1

~D

kTe0

0

T~ Вязкость газов Вязкость жидкостей

u - Скорость молекул

- Длина свободного пробега

Поверхностный слой

Молекулы в приповерхностном слое обладают избыточной энергией по сравнению с молекулами внутри объема жидкости

При температуре равной температуре плавления:

00 U r0U

r0

U0

0ZUвнутр

02U

Zпов

02U

Zвнутрпов Избыток энергии частицы на поверхности:

0'2

UnZ

S

Поверхностная энергия жидкости

Z – число ближайших соседей

При отсутствии внешних сил жидкость стремится иметь наименьшую для данного объема площадь поверхности (сферу)

Из-за стремления жидкости уменьшить свою поверхность - между жидкостью и твердым телом и между жидкостью и газом возникают силы поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение

S

A

Коэффициент поверхностного натяжения

xLxFA 2

L

Fнат

2

Краевой угол – угол отсчитываемый внутри жидкости угол между касательными в поверхностям твердого тела и жидкости

(1) – краевой угол острый (жидкость смачивает поверхность тела), т.е.

(2) – краевой угол тупой (жидкость не смачивает поверхность тела), т.е.

жидкостьтелотвгазтелотв ..

жидкостьтелотвгазтелотв ..

Формула Лапласа

RR

R

R

l

S

Fp нат

2

2

2

2 22

Rp

2 Формула Лапласа

Дополнительное давление, создаваемое силами поверхностного натяжения, обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности жидкости.

При малых радиусах кривизны добавочное давление может быть достаточным для поднятия жидкости на значительную высоту – это явление наблюдается в тонких трубках – капиллярах.

Капиллярные явленияЯвление поднятия или опускания уровня жидкости в тонких трубках называется явлением капиллярности (от латинского «capillus» - волос)

ghR

2

cos

rR

grh

cos2

Высота поднятия жидкости в капилляре радиусом r

В капилляре диаметром 1 мкм уровень

поднятия воды около 30 м!!!

Изогнутая поверхность жидкости в капилляре называется мениском

Давление насыщенных паров над мениском

Для маленькой капли давление насыщающих паров более высокое, чем для большой (т.к. сила затягивающая молекулу пара внутрь жидкости для маленькой капли незначительна).

В облаке при одном и том же давлении с поверхности маленьких капель будет испаряться жидкость , а на поверхности больших капель конденсироваться – таким образом происходит укрупнение капель – идет дождь.

Капиллярный вечный двигатель