Cu toate acestea, se știe că aceste fluide echilibru poziții ale moleculelor care nu sunt fixate în spațiu, cum ar fi cristale. Acest lucru se datorează faptului că unele dintre moleculele de lichid se poate obține mai multă energie din moleculele din jur, suficiente pentru a trece la o nouă poziție de echilibru, în jurul căreia aceste molecule vor oscila din nou. Pe măsură ce temperatura scade densitatea lichidului, lichidul este slăbit, iar probabilitatea acestor tranziții crește. Astfel, moleculele lichide sunt disponibile împreună cu gradele de vibrație și translațional de libertate, în timp ce corpul solid doar moleculele au grade de vibrație de libertate. Prin urmare, capacitatea calorică a stării lichide a căldurii specifice materiei ceva mai mare dintr-un solid care se poate vedea clar din tabelul. 5.1.2.
lichide cu viscozitate ridicată, comparativ cu gazele datorate prezenței unor interacțiuni puternice între molecule. Deoarece moleculele de lichid sunt cele mai multe ori cu privire la pozițiile lor de echilibru, care se deplasează pe straturile de fluid straturile adiacente, în principal antrenarea datorită forțelor de coeziune. Odată cu creșterea temperaturii, se dilată fluid, creșterea distanței dintre moleculele, scăzând astfel forța de atracție între ele și, în consecință, viscozitate redusă. Odată cu creșterea temperaturii, așa cum experiența arată, vâscozitatea unui lichid rapid (exponențial) scade, iar vâscozitatea vaporilor acestui lichid, după cum știm, trebuie să încetinească () să crească și la temperatura critică, atunci când diferența dintre lichid și vaporii se pierd, ele sunt egale între ele (Fig. 68).
Conductivitatea termică a fluidelor este substanțial mai mare decât gazul, în principal, datorită densității mai mari. Procesul de transfer de energie în conductivitatea termică în fluidele se produce in principal in molecule oscilante de coliziune, în timp ce în gazele transferul de energie în timpul ciocnirilor reportată molecule în mișcare.
Toate rezultatele experimentale arată că proprietățile fizice ale lichidelor determinate de forțele de interacțiune dintre molecule, precum și natura mișcării lor termice. In acest fel de forțe de interacțiune aceasta depinde în principal de natura moleculelor care interacționează. Prin urmare, stabilirea unor legi generale pentru diverse lichide, dacă este posibil, în principiu, este considerabil mai dificilă decât pentru gaz.
Presiune moleculară și tensiunea superficială a lichidelor
Per moleculă, situată în interiorul lichidului, acționează forțe de atracție din partea tuturor moleculelor situate în zona de acțiune a acestor forțe. După cum știm, această zonă are o rază. Rezultanta tuturor forțelor. acționând pe molecula th din moleculele într-o sferă de rază. este aproape de zero, adică. f ..
Această forță poate fi exact la zero, în cazul în care moleculele din jur vor fi aranjate complet simetric și la distanțe egale de la ea. Cu toate acestea, o schimbare aleatorie în poziția relativă a moleculelor învecinate datorită mișcării lor termice face ca această sumă este diferită de zero. Astfel, fiecare moleculă de lichid se deplasează întotdeauna sub influența rezultantei. schimbarea cu timpul în magnitudine și direcție. Această forță rezultantă este îndreptată în direcția în care accidentul a fost o mare concentrare a moleculelor și mai apropiate moleculele vecine. În consecință, forțele de atracție moleculare contribuie la concentrarea moleculare.
Acum lasa molecula j-a este situată atât de aproape de suprafață încât sfera de acțiune a forțelor moleculare intersectează suprafața lichidului (ris.69 cat).
În acest caz, o parte din sfera de acțiune a forțelor moleculare, situată deasupra suprafeței lichidului, conține molecule semnificativ mai puțin fluid (abur) decât situate sub suprafața (lichid), în care molecula de trase mai mult în sus. Prin urmare, rezultanta este non-zero, datorită simetriei și direcționată perpendicular pe suprafața în lichid.
Am ales ceva lichid suprafață S. De exemplu, în formă de cerc (fig. 69 b). Moleculele acoperite de acest site sunt interconectate de forțele interne, astfel încât un disc monomolecular poate fi privit ca un corp (film). Lăsați acest site se potrivește N molecule. Apoi, valoarea forței totale care acționează asupra tuturor moleculelor de disc vor fi egale
din moment ce toate forțele sunt paralele și au aceeași valoare. În cazul în care cantitatea (5.2.1) este împărțită la suprafața discului S, vom obține așa-numita presiune moleculară p # 924;. cu un strat de suprafață care acționează asupra restului corpului de lichid:
Fiecare dintre factorii din ultima expresie este proporțională cu densitatea fluidului (- masa molară, V # 924; - volum molar). prin urmare
în cazul în care un - coeficient de proporționalitate, care caracterizează forțele de atracție dintre moleculele de lichid. fluid de presiune moleculară (5.2.3) are aceeași formă ca și gazele (3.4.8). Singura diferență este volumul molar V # 924;. care lichidul este semnificativ mai mică decât pentru gaze. Estimăm presiunea apei moleculare. Din experiență se știe că o = 0,555 J # 8729; m3 / mol 2. V # 924; = 18 # 8729; 10 -3/10 3 = 18 # 8729; 10 -6 m 3 / mol. Substituind aceste valori în (5.2.3), obținem
p # 924; = 1,7 # 8729; Pa 17000 luna septembrie 10 atm.
Din exemplul de mai sus, este clar de ce este fluid compresibil dificil. Ele sunt întotdeauna într-o stare comprimată sub presiunea unui foarte mare moleculară și, prin urmare, o scădere semnificativă a volumului impune aplicarea unei astfel de presiuni, care ar fi aceeași ordine ca presiunea moleculara. Rețineți că presiunea moleculară directă nu poate fi măsurată, deoarece orice manometru și măsoară presiunea hidrostatică externă.
Atracția reciprocă a moleculelor nu este doar un strat de suprafață pe restul presiunii lichidului, dar, de asemenea, tinde să reducă suprafața lichidului, adică. E. Pentru că o forță îndreptată de-a lungul suprafeței, similar cu ceea ce avem într-un film de cauciuc întinse. Această tensiune de suprafață este strâns legată de presiune moleculare. Într-adevăr, fiecare moleculă situată pe suprafața suferă o forță îndreptată în lichid, astfel încât fiecare astfel de molecule tind să scape de suprafață și se arunca cu capul în lichid. Prin urmare, soldul lichid va fi realizat cu un astfel de aranjament de molecule, atunci când pe suprafața este numărul minim posibil de molecule, adică. E. Suprafața lichidă are cea mai mică valoare. Această dorință de a avea cea mai mică suprafață lichidă creează similitudinea suprafeței lichidului cu un film elastic care este întins, are tendința de a trage împreună și pentru a reduce suprafața sa. Dintre toate suprafața corpului are cel mai mic balon de volum. Prin urmare, picături mici de lichid ia forma unei mingi.
Să considerăm din nou monomolecular disc S. zona dispusă pe suprafața lichidului. Prin moleculă j-lea, care se află în interiorul discului, care acționează forțe ventilator. situată într-un plan tangent la suprafața lichidului. Pentru toate moleculele aranjate în interiorul platformei S, toate aceste forțe se echilibrează Fij. Numai moleculele aranjate circumferential delimitând zona S. vigoare. spre exterior, rămân dezechilibrat și a da o forță rezultantă. perpendicular pe cercul și tangenta la suprafața lichidului. Suma acestor forțe modulelor externe. film de tracțiune, acoperită de o platformă denumită S. forța de tensiune superficială. forța de tensiune superficială, care este pe o unitate de suprafață circumferențială lungime definitoriu S. numit coeficientul de tensiune superficială a lichidului:
Unitatea de măsură a tensiunii superficiale în sistemul SI este N / m.
Coeficientul de tensiune superficială depinde de temperatură. Cu creșterea temperaturii, scade pe măsură ce lichidul cu încălzire crește distanța medie dintre molecule, rezultând o reducere a forțelor de atracție și, prin urmare, forța rezultantă F. care acționează pe unitatea de lungime a circuitului dispus pe suprafața lichidului.
Folosind formula (5.2.4), este posibil să se introducă un alt echivalent, determinarea tensiunii superficiale. Pentru aceasta, luați în considerare următorul experiment. Cadru de sârmă umple cu peliculă lichidă (Fig. 70).
Cadru CD Jumper poate aluneca liber de-a lungul firelor de ghidare AC și BD. Filmul este format dintr-o suprafețe inferioare și superioare, între care există un lichid. Pe lungimea săritor a forței de tensiune de suprafață. Deci, jumper-ul este în echilibru, este necesar să se aplice o forță. Sub influența F1 forță (mai precis F1 + DF1) se mută la podul dx distanta. Astfel, suprafața filmului va crește cu o sumă. Creșterea suprafeței stratului are loc ca urmare a transferului de molecule din adâncimea lichidului din stratul de suprafață. În această moleculă de tranziție consuma energia cinetică pentru a lucra împotriva forțelor îndreptate spre interior R. lichid, reducând astfel temperatura fluidului. Temperatura lichidului nu a schimbat, jumper trebuie mutat infinit lent. Apoi, lichidul va avea timp pentru a obține căldura din mediul înconjurător și de a menține temperatura constantă.
Astfel, forța operare F1 + DF1 izoterma mărind aria suprafeței lichidului este egală cu:
Din această din urmă expresie rezultă că tensiunea de suprafață este numeric egală cu creșterea într-o suprafață izotermă a lichidului pe unitatea de suprafață. Coeficientul este o valoare pozitivă. Prin urmare, în cazul în care tensiunea superficială a fluidului de lucru efectuează. se deplasează pe web, astfel încât suprafața lichidului scade, adică. f .. și apoi, pe baza (5.2.5). Pe de altă parte, în cazul în care F1 forță externă nu funcționează, atunci. iar web se deplasează astfel încât lichid suprafață crește, adică. e. și din nou.
Știm că activitatea într-un proces reversibil izoterma este egal cu scăderea energiei libere, de ex., E.
Prin urmare, expresia (5.2.5) poate fi scrisă ca:
t. e. Coeficientul de tensiune superficială este numeric egală cu variația energiei libere a lichidului prin creșterea suprafeței sale pe unitate. Expresia (5.2.7) este definiția cea mai generală a tensiunii superficiale. Din această expresie, rezultă că este de asemenea posibil să se măsoare SI în J / m 2 = N / m.
Deoarece coeficientul de tensiune superficială este o funcție a temperaturii fluidului și este independent de suprafața sa, raportul dintre (5.2.7), rezultă că
t. e. Suprafața de energie liberă a lichidului este egală cu produsul dintre aria suprafeței S.
Având în vedere că activitatea desfășurată de film. ecuația de bază a termodinamicii pentru procese reversibile pot fi scrise ca
Din moment ce, prin definiție, energia liberă.
De la (5.2.9-5.2.10) găsim
Înlocuind în expresia pentru exprimarea internă a energiei (5.2.8) și (5.2.12). rezultatul
Deoarece tensiunea superficială este o funcție descrescătoare a temperaturii, fie. și așa cum se vede din (5.2.13), energia internă a lichidului peste energia liberă de suprafață, r. f .. Este clar, de exemplu, din faptul că, atunci când se apropie de un punct critic în care dispare distincția dintre gaz lichid și de a face, tensiunea de suprafață trebuie să fie egală cu zero.
Căldura obținută dintr-un mediu fluid extern de la unitatea de suprafață de educație-SRI a suprafeței filmului,
Ultima expresie arată că. din moment ce. Se observă cu ușurință că valoarea lui q este mai mică decât creșterea energiei de suprafață, deoarece (lucru negativ, deoarece prin creșterea suprafeței nu funcționează de film, și forța externă).