Поверхностное натяжение.

       Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта дополнительная энергия, называемая поверхностной энергией, пропорциональна площади поверхности: , где - поверхностное натяжение.

       Так как равновесное состояние характеризуется минимумом потенциальной энергии, то жидкость при отсутствии внешних сил будет принимать такую форму, чтобы при заданном объеме она имела минимальную поверхность, т. е. форму шара.

       Поверхностный слой жидкости аналогичен растянутой упругой пленке, в которой действуют силы натяжения.

       Пусть под действием сил поверхностного натяжения поверхность жидкости стянулась (см. рисунок), при этом силы, действующие на элемент контура, совершают работу , где f -  сила поверхностного натяжения, действующая на единицу длины контура поверхности жидкости. Поскольку эта работа совершается за счет уменьшения поверхностной энергии ,  то , т. е. поверхностное натяжение равно силе поверхностного натяжения приходящейся на единицу длины контура, ограничивающего поверхность.

       Единица поверхностного натяжения – ньютон на метр (Н/м) или джоуль на квадратный метр (Дж/м2).

Смачивание.

       Смачиванием называется явление искривления свободной поверхности жидкости при соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела.

       Поверхность жидкости, искривленная на границе с твердым телом, называется мениском.

       Явление смачивания характеризуется краевым углом между поверхностью твердого тела  и мениском в точках их пересечения (в точках периметра смачивания). Жидкость называется смачивающей твердое тело, если краевой угол острый: (рис. а) и несмачивающей, если (рис. б).

       Если = 0, смачивание считается идеальным (полным). Случай - это идеальное (полное) несмачивание.

       Если силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости больше, чем силы притяжения молекул жидкости друг к другу, то жидкость будет смачивающей. Если молекулярное притяжение в жидкости превышает силы притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела, то жидкость не смачивает твердое тело.

Давление под искривленной поверхностью жидкости.

       Сферическая выпуклая поверхность производит на жидкость дополнительное давление, вызванное силами внутреннего натяжения, направленными внутрь жидкости, , где R – радиус сферы. Если поверхность жидкости вогнутая, то результирующая сила поверхностного натяжения направлена из жидкости и давление внутри жидкости .

       Избыточное давление внутри мыльного пузыря радиуса R вызывается действием обоих поверхностных слоев тонкой сферической мыльной пленки: .

       В общем случае избыточное давление для произвольной поверхности жидкости описывается формулой Лапласа:

,

       где и - радиусы кривизны двух любых взаимно перпендикулярных сечений поверхности жидкости в данной точке.

       Радиус кривизны положителен, если центр кривизны соответствующего сечения находится внутри жидкости, и отрицателен, если центр кривизны находится вне жидкости.

Капиллярные явления.

       Капиллярами называются узкие цилиндрические трубки с диаметром менее миллиметра.

       Капиллярностью называется явление изменения уровня жидкости в капиллярах.

       Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой давление столба жидкости (гидростатическое давление) уравновешивается избыточным давлением :

       Высота поднятия (глубина опускания) жидкости в капилляре:

,

       где - плотность жидкости, r – радиус капилляра, R – радиус кривизны мениска, g – ускорение свободного падения.

       высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу.

Кристаллические и аморфные твердые тела.

       Твердым телом называется агрегатное состояние вещества, характеризующееся постоянством формы и объема, причем тепловые движения частиц в них представляют собой хаотические колебания частиц относительно положений равновесия.

       Твердые тела подразделяются на кристаллические и аморфные.

       Кристаллические тела – это твердые тела, имеющие упорядоченное, периодически повторяющееся расположение частиц.

       Структура, для которой характерно регулярное расположение частиц  с периодической повторяемостью в трех измерениях, называется кристаллической решеткой.

       Точки, в которых расположены частицы, а точнее – средние равновесные положения, около которых частицы совершают колебания, называются узлами кристаллической решетки.

       Характерной особенностью кристаллов является их анизотропность – зависимость физических свойств (упругих, механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления. Анизотропия кристаллов объясняется тем, что плотность расположения частиц по разным направлениям не одинакова.

       Если кристаллическое тело состоит из единственного кристалла, оно называется монокристаллом. Если твердое тело состоит из множества беспорядочно ориентированных кристаллических зерен, оно называется поликристаллом. В поликристаллах анизотропия наблюдается только для отдельных мелких кристалликов.

       Твердые тела, физические свойства которых одинаковы по всем направлениям (изотропны), называются аморфными. Для аморфных тел, как и для жидкостей, характерен ближний порядок в расположении частиц, но, в отличие от жидкостей, подвижность частиц в них довольно мала.

       Органические аморфные тела, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых длинных молекулярных цепочек, соединенных химическими связями, называются полимерами (например, каучук, полиэтилен, резина).

Типы кристаллов.

       В зависимости от рода частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера сил взаимодействия между ними кристаллы подразделяются на четыре типа: ионные, атомные, металлические, молекулярные.

       Ионные кристаллы. В узлах кристаллической решетки располагаются поочередно ионы противоположного знака. Структуры решеток двух наиболее характерных ионных кристаллов – NaCl (решетка представляет собой две одинаковые гранецентрированные кубические решетки, вложенные друг в друга; в узлах одной из этих решеток находятся ионы , в узлах другой - ) и CsCl (кубическая объемно-центрированная решетка – в центре каждой элементарной ячейки находится ион) – показаны на рисунке. Связь, обусловленная кулоновскими силами притяжения между разноименно заряженными ионами называется ионной.

       Атомные кристаллы. В узлах кристаллической решетки располагаются нейтральные атомы, удерживающиеся в узлах решетки ковалентными связями квантово-механического происхождения (у соседних атомов обобществляются валентные электроны, наименее связанные с атомом).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41