Molekuláris nyomás és a folyadékok felületi feszültségét
Ismeretes azonban, hogy ezek a folyadékok egyensúlyi helyzete a molekulák nem térben rögzített, mint a kristály. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy egyes molekulák a folyadék minél több energiát a környező molekulák, elegendő, hogy menjen egy új egyensúlyi pozíciót, amely körül ezek a molekulák ismét rezegni. Ahogy a hőmérséklet csökken, az a folyadék sűrűsége, a folyadék meglazítjuk, és a valószínűsége az ilyen átmenetek növeli. Így a folyadék molekulák állnak együtt a vibrációs és transzlációs szabadsági fok, míg a szilárd test csak a molekulák vibrációs szabadsági fokkal. Ezért a hőkapacitása a folyadék halmazállapot valamivel nagyobb fajhője szilárd amely világosan látható a táblázatban. 5.1.2.
Nagy viszkozitású folyadékok képest gázok jelenléte miatt erős molekulák közötti kölcsönhatások. Mivel azok a molekulák a folyadék leginkább az idő körülbelül egyensúlyi helyzetben, a mozgó folyadék rétegek bevagoníroz szomszédos rétegek elsősorban a kohéziós erők. Növekvő hőmérséklettel, a folyadék kitágul, növelve a távolságot a molekulák, ezáltal csökken az erő a vonzás közöttük, és ennek következtében csökken a viszkozitás. A növekvő hőmérséklet, a tapasztalat azt mutatja, viszkozitása folyékony gyorsan (exponenciálisan) csökken, viszkozitása gőze folyadék, mint tudjuk, meg kell lassítani () növekszik, és a kritikus hőmérséklet, amikor a különbség a folyadék és gőz elvesznek, azok egyenlő egymással (ábra. 68).
A hővezető folyadékok lényegesen nagyobb, mint a gáz, elsősorban a nagyobb sűrűségű. Az energia transzfer folyamat a hővezető a folyadékokban fordul elő elsősorban ütközés oszcilláló molekulák, míg a gázok az energia transzfer során ütközések átvitt mozgó molekulák.
Mind a kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a fizikai tulajdonságok a folyadékok által meghatározott erők közötti kölcsönhatás molekulák, valamint a természete termikus mozgás. Ebben a fajta interakció erők függ alapvetően a természet a kölcsönható molekulák. Ezért a létesítmény általános törvények különböző folyadékok, ha ez elvileg lehetséges, jóval nehezebb, mint a gáz.
Molekuláris nyomás és a folyadékok felületi feszültségét
Egy molekula belsejében található folyadék, vonzó erők hatnak az egészben molekulák található az akcióterületen ezeknek az erőknek. Mint tudjuk, ez a terület sugara. A kapott minden erő. ható th molekulát a molekulák egy sugarú gömb. közel nulla, azaz a. f ..
Ez az erő lehet pontosan nulla, ha a környező molekulák lesz elhelyezve, és teljesen szimmetrikusan és egyenlő távolságra is. Azonban egy véletlen változás a relatív pozíciója a szomszédos molekulák miatt hőmozgást teszi ez az összeg eltér a nullától. Így minden egyes molekula a folyadék mindig mozog hatása alatt a kapott. változik az idővel nagyságát és irányát. Ez az eredő erő van irányítva, az irányba, ahol a baleset egy nagy molekulák koncentrációja, és minél közelebb a szomszédos molekulák. Következésképpen, a molekuláris vonzó- hozzájárulnak a molekuláris koncentrációt.
Most j-edik molekulát úgy helyezkedik el, közel a felület, amely a gömb hatásának molekuláris erők metszi a folyadék felszíne (ris.69 is).
Ebben az esetben, része a gömb cselekvési molekuláris erők, feküdt a folyadék felszíne feletti, tartalmaz szignifikánsan kevesebb folyadék molekuláival (gőz), mint található a felszín alatt (folyadékkal), miközben a molekula a lehívott több mint felfelé. Ezért, a kapott nem nulla a szimmetria miatt, és merőleges a felületéről a folyadékba.
Mi választani néhány folyadék felülete S. Például, az alakja kör (ábra. 69 b). A molekulák által felölelt ezen az oldalon vannak összekötve a belső erők, úgy, hogy egy monomolekuláris lemezt lehet tekinteni, mint egy testet (film). Legyen ez a hely illik N molekulából. Ekkor az érték a teljes ható összes lemezen molekulák egyenlő lesz
mivel az összes erők párhuzamosak, és ugyanaz az érték. Ha az a mennyiség (5.2.1) van osztva a lemez terület S, megkapjuk az úgynevezett molekuláris nyomás p # 924;. egy felületi réteg, amely hat a test többi része a folyadék:
Mind a tényezők az utolsó kifejezés arányos a sűrűséggel, a folyadék (- moláris tömege, V # 924; - moláris térfogata). ezért
ahol egy - együtthatója arányosság, amely jellemzi az vonzó- molekulák között, a folyadék. Molekuláris nyomású folyadékot (5.2.3) van ugyanabban a formában, mint a gázok (3.4.8). Az egyetlen különbség az a moláris térfogata V # 924;. amely folyadék lényegesen kisebb, mint a gázok. Úgy becsüljük, molekuláris víznyomást. A tapasztalat azt tudjuk, hogy a = 0,555 J # 8729; m3 / mol 2. V # 924; = 18 # 8729; 10 ~ 3/10 3 = 18 # 8729; 10 -6 m 3 / mol. Behelyettesítve ezeket az értékeket (5.2.3), azt kapjuk,
p # 924; = 1,7 # 8729; Pa 17000 szeptember 10 atm.
A fenti példából kiderül, hogy miért nehéz összenyomható folyadék. Ezek mindig összenyomott állapotban nyomás alatt egy nagyon nagy molekulatömegű, és ezért jelentős mennyiségének csökkenése alkalmazását igényli ilyen nyomás, ami ugyanabban a sorrendben, mint a molekuláris nyomást. Vegye figyelembe, hogy közvetlen molekuláris nyomás nem lehet mérni, mivel bármilyen nyomásmérő és méri a külső hidrosztatikus nyomás.
A kölcsönös vonzás a molekulák nem csak egy felületi réteg a többi a folyadék nyomása, de általában is, hogy csökkentsék a folyékony felületre, azaz. E. Ok erő irányított a felület mentén, hasonló ahhoz, amit már egy feszített gumi film. Ez a felületi feszültséget szorosan kapcsolódik a molekuláris nyomást. Valóban, minden molekula felszínén helyezkedik tapasztal ható erő a folyadék, így minden ilyen molekulák hajlamosak, hogy elkerülje a felszíni és merülés a folyadékba. Ezért, a folyadék egyensúlyt kell elérni egy ilyen elrendezése molekulák, amikor a felület a lehető legkevesebb számú molekula, azaz. E. A folyadék felszínén a legkisebb értéket. Ez a vágy, hogy a legalacsonyabb folyadékfelszín teremt a hasonlóság a folyadék felületének egy elasztikus fólia, amelynek a feszített, hajlamos arra, hogy húzza össze, és hogy csökkentse annak felületi. Az összes testfelület a legkisebb hangerő léggömb. Ezért a kis folyadék cseppek formájában a labdát.
Tekintsük ismét a monomolekuláris lemezt S. területen elhelyezve, a folyadék felületén. A j-edik molekula, amely belül helyezkedik el a lemez, ható erők ventilátor. fekvő érintő sík felületén a folyadék. Minden molekulák belsejében elrendezett platform S, az összes ilyen erők egyensúlya minden egyes FIJ. Csak molekulák a kerület mentén elrendezve határoló terület S. erő. kifelé, kiegyensúlyozatlan marad, és hogy az eredő erő. merőleges a kört, és az érintő a folyadék felszínével. Az összeg a modulusok ezek a külső erők. szakító film, hatálya alá tartozó egy olyan platform nevezik S. erő a felületi feszültség. Felületi feszültségi erő, amely egységnyi kerületi hossza meghatározó terület S. úgynevezett együtthatója a felületi feszültség a folyadék:
A mértékegység a felületi feszültség a SI rendszer N / m.
felületi feszültség együttható a hőmérséklettől függ. Növekvő hőmérséklettel, ez csökken, amint a folyadék melegítés növeli közötti átlagos távolság a molekulák, csökkenését eredményezi a vonzóerők, és ezáltal az eredő erő F. ható egységnyi hossza az áramkör elhelyezve, a folyadék felületén.
Használata képletű (5.2.4), lehetőség van arra, hogy vezessenek be egy másik, egyenértékű, meghatározása a felületi feszültség. Ehhez tekintsük a következő kísérletet. Drótváz töltse folyadékfilm (ábra. 70).
Jumper CD keret csúszhat szabadon mentén vezetődrótok az AC és BD. A film tartalmaz egy alsó és felső felületek, amelyek között van egy folyadék. A jumper hossza az erő a felületi feszültség. Tehát a jumper egyensúly van, szükséges, hogy erőt fejtsen ki. Hatása alatt az F1 erő (pontosabban F1 + DF1) mozog, hogy áthidalja a távolságot dx. Így a felület a film fog nőni egy összeget. Növelése film felületén előfordul miatt át a molekulákat a folyadék mélysége a felületi rétegben. Ebben az átmeneti molekulában fordítsuk kinetikus energiájuk dolgozni erőkkel befelé R. folyékony, ezáltal csökkentve a folyadék hőmérsékletét. A folyadék hőmérséklete nem változott, a jumper kell mozgatni végtelenül lassan. Ezután a folyékony lesz ideje, hogy a hőt a környezet, és a hőmérsékletet állandó.
Így, a művelet F1 erő + DF1 izoterm területének növelésévei a folyadék felület megegyezik:
Az utóbbi kifejezést az következik, hogy a felületi feszültség számszerűen egyenlő a megnövekedett izoterm a folyadék felszíne egységnyi területen. Az együttható értéke pozitív. Ezért, ha a felületi feszültség a folyadék munkát végez. mozgó az interneten úgy, hogy a folyadék felülete csökken, azaz a. f .. majd alapján (5.2.5). Ezzel szemben, ha a külső erő F1 működik, akkor. és az interneten úgy mozog, hogy a folyadék felülete megnő, azaz a. e. és újra.
Tudjuk, hogy a munkát egy reverzibilis folyamat izoterm egyenlő csökkenésével a szabad energia, azaz a. E.
Ezért, a kifejezés (5.2.5) a következőképpen írható fel:
t. e. a felületi feszültség együttható számszerűen egyenlő a változás a szabad energia a folyékony növelésével a fajlagos felület egységnyi. Expression (5.2.7) a leginkább általános meghatározása a felületi feszültség. Ebből a kifejezés, ebből következik, hogy az is lehetséges, hogy az intézkedés a SI J / m 2 = N / m.
Mivel a felületi feszültség együttható függvénye folyadék hőmérséklete, és ez független a területén, az aránya (5.2.7), ebből következik, hogy
t. e., felületi szabad energiájának a folyadék egyenlő a termék a felület S.
Tekintettel arra, hogy a munkát a film. alapegyenletének termodinamika reverzibilis folyamatok felírható
Mivel definíció, szabad energia. az
Tól (5.2.9-5.2.10) találunk
Behelyettesítve a kifejezésben az energia belső expresszióját (5.2.8) és (5.2.12). az eredmény
Mivel a felületi feszültség csökkenő függvénye a hőmérséklet, sem. és amint a (5.2.13), a belső energia a folyadék felett felületi szabad energiája, R. f .. Egyértelmű, például az a tény, hogy amikor közeledik a kritikus pont, ahol a különbséget folyadék, és nem gáz eltűnik, a felületi feszültség kell nullával egyenlő.
A hő nyert egy külső folyadék környezetben oktatási-SRI egységnyi területen a film felületén,
Az utolsó kifejezés arra utal. óta. Ez könnyen belátható, hogy a q értéke kisebb, mint a felületi energia növekedése, mivel (negatív munkát, mert növeli a felület nem működik a film, és a külső erő).