O proprietate importantă a lichidelor, a le distinge de gazele și să le aducă mai aproape de solide, este existența unor așa-numita tensiune de suprafață. Mecanismul acestui fenomen este după cum urmează. Forța de interacțiune moleculară scad rapid cu distanta, prin urmare, putem presupune că fiecare moleculă este reacționat numai cu cei care se află într-o sferă de rază egală cu raza de forțe intermoleculare cu centrul în moleculă. Intr-un lichid, fiecare moleculă este înconjurat mai mult sau mai puțin uniform de către moleculele vecine, forțele care acționează pe ea din aceste molecule, sunt compensate reciproc, astfel încât rezultanta tuturor forțelor care acționează asupra moleculei este zero. Situația este diferită cu moleculele de pe suprafața lichidului. Concentrația moleculelor în vaporii de deasupra lichidului este mult mai mică decât în lichidul în vrac. Aici, forțele care acționează asupra unei molecule din mediul său nu se anulează reciproc reciproc, există o forță rezultantă îndreptată în lichid, care tinde să atragă moleculele în interiorul lichidului. Manifestarea externă a acestor forțe este un efort de a reduce suprafața de lichid. Aceste forțe sunt forțele de tensiune superficială.
Pentru molecula sa mutat din adâncimea lichidului în stratul de suprafață (grosimea stratului aproximativ egal cu diametrul moleculei), trebuie să facă de lucru împotriva forțelor care acționează în stratul de suprafață. Prin urmare, în stratul de suprafață a moleculelor au mai potențial energetic. Găsește-o.
Lăsați z este numărul de molecule apropiate învecinate, fiecare moleculă de care este înconjurată în interiorul lichidului (cu ambalaj dens de molecule z = 12). Din curba energiei interacțiunea dintre moleculele de distanta dintre ele (. Figura 5.2, a) Este evident că această energie pentru moleculele lichidului este situată la o distanță - u0. în cazul în care U0 - adâncimea potențialului bine. Cooperantă cu fiecare dintre vecinii cei mai apropiați, molecula în fluid va avea o energie de la molecula de suprafață are o jumătate de vecini decât în lichid. Prin urmare, energia sa va fi egală cu timpul necesar exces energia potențială a unei molecule pe suprafața în comparație cu energia în volum să fie în cazul în care numărul de molecule pe unitatea de suprafață a suprafeței lichidului este egală cu o întreagă zonă a suprafeței lichidului - S. pentru exces energia potențială a moleculelor de pe suprafața lichidului va fi Acest exces de energie au toate moleculele de lichid în stratul de suprafață, în comparație cu energia lor în volumul rămas lichid, numită energie de suprafață. Introducerea notația și a spus energie de suprafață va avea UPOV = # 963; S. Coeficientul de proporționalitate # 963; Aceasta depinde de natura și proprietățile mediului lichid, care se invecineaza cu acest lichid. Se numește coeficientul de tensiune superficială. energia UPSP inclusă ca parte a energiei interne a lichidului și energia liberă F. Prin urmare, numita energie de suprafață liberă Fpov. Munca forțelor externe # 948; A“. cheltuit pentru a crește suprafață dS un proces izoterma este, evident, suprafața de creștere a energiei libere:
Pe baza acestei relații poate fi definită ca tensiunea superficială a lichidului # 963;. tensiunea superficială a lichidului este numeric egal cu lucrul mecanic, care este necesară pentru a realiza pentru a mări aria suprafeței pe unitate.
La o temperatură constantă, sistemul termodinamic tinde la starea cu valoarea minimă de energie liberă. Această energie liberă minimă se va realiza cu o suprafață minimă a lichidului. De aceea, lichidul tinde spre o stare în care suprafața sa este minimă la o temperatură constantă.
Revenind la valori liniare, putem exprima tensiunea superficială de către forțele de tensiune de suprafață. Fig. 7.6 prezintă un cadru calibrat cu orice film lichid; o parte (AB) a cadrului mobil. Deoarece sistemul energetic este favorabil pentru a reduce la suprafață, care se manifestă prin acțiunea forțelor de tensiune de suprafață, apoi să dețină partea mobilă a cadrului este necesar să se exercite o anumită forță f. care trebuie să fie egală în mărime și opusă în direcția forțelor de tensiune de suprafață lichidă, de asemenea, care acționează pe această parte a cadrului. În cazul în care, sub forța f limita AB de film se va deplasa la valoarea dx. acesta va fi cheltuite de lucru
gdel - lungimea laturii AB în mișcare. dS = LDX. Pe de altă parte, această lucrare este dată de (7.4). Atunci vom obține
În consecință, coeficientul de tensiune superficială este numeric egală cu forța de tensiune superficială care acționează pe o unitate de lungime a conturului care mărginește suprafața lichidului.
Tensiunea superficială scade odată cu creșterea temperaturii, deoarece diferența redusă în densitatea lichidului și vaporii din jurul său. La punctul critic, când densitatea lichidului și vaporii sunt identice, tensiunea superficială este zero.
În echilibru starea de echilibru, lichidul liber are o valoare minimă a energiei libere de suprafață și, prin urmare, ia o formă în care suprafața sa este minimă. Dintre toate formele posibile ale suprafețelor care delimitează volumul dat, o sferă are o suprafață minimă. Acesta este motivul pentru picături mai mici și bule sunt de formă sferică. Faptul că, în condiții terestre ia forma unui recipient lichid în care este turnat, și o suprafață liberă perpendicular pe direcția de gravitație, datorită acțiunii combinate a gravitaționale și de suprafață forțele elastice. Fluidul tinde să ia o astfel de formă koto-
roi centrul de greutate va fi poziția cea mai joasă, iar energia potențială a lichidului ca întreg - valoarea minimă.
Dacă lichidul este delimitat de un alt gaz sau un lichid sau un solid, tensiunea superficială este schimbată. Solidele au o tensiune superficială, pentru aceleași motive ca lichidul.