Зерттеудің статистикалық және термодинамикалық әдістері
Сұйықтардың қасиеттері. Беттік керілу
жүктеу/скачать 0,97 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ішкі қысым)
Сұйықтардың қасиеттері. Беттік керілуСұйық, газ тәрізді және қатты дене аралығындағы заттың агрегаттық күйі болып табылады, сондықтан, оның қасиеттері қатты денелерге де, газ тәрізді денелерге де тән. Сұйықтар, қатты денелер тәрізді белгілі бір көлемді ала алады, ал газдар тәрізді, өздері тұрған ыдыстың көлемін ала алады (§ 28 қара). Газдың молекулалары молекула аралық күштер арқылы бір-бірімен байланыспаған, және берілген жағдайда, газдың жылулық қозғалысының орташа энергиясы олардың арасындағы тартылыс күштеріне негізделген орташа потенциалдық энергиясынан біршама көп (§ 60 қара) болғандықтан, газ молекулалары жан-жаққа таралып, газ өзіне берілген көлемді тұтас алады. Қатты және сұйық денелерде молекулалар арасындағы тартылыс күштері басым болады және молекулаларды бір бірінен белгілі қашықтықта ұстайды. Бұл жағдайда, молекулалардың бейберекет (жылулық) қозғалысының орташа энергиясы, молекула аралық күштерге негізделген орташа потенциалдық энергиядан біршама аз, ол молекулалар арасындағы күштерді жеңуге жеткіліксіз, сондықтан, қатты денелер мен сұйықтар белгілі бір көлемге ие. Газдардың молекулалары бейберекет қозғалады, сондықтан олардың орналасуында ешқандай тәртіп болмайды. Қатты денелерді құрайтын бөлшектер бір-бірінен қашық тәртіппен орналасқан, яғни, олардың белгілі бір тәртіппен орналасуы үлкен қашықтықта қайталанады. Сұйықтарды құрайтын бөлшектер жақын тәртіппен орналасады, яғни, олардың орналасуы атомдар аралығындай қашықтықта қайталанады. Сұйықтар теориясы әлі күнге дейін толық дамымаған. Сұйықтардың күрделі қасиеттерін зерттеудегі бірқатар мәселелер Я. И. Френкелге тиісті (1894—1952). Сұйықтың жылулық қозғалысын, ол былайша түсіндірді: әр бір молекула, қандай бір уақыт белгілі бір тепе-теңдікке жақын жағдайда тербеліп тұрады. Осылайша, сұйықтың молекулалары сұйықтың бүкіл массасында баяу орын ауыстырады және мұнда диффузия газдарға қарағанда баяу өтеді. Сұйықтың температурасы артқан сайын, тербелмелі қозғалыстың жиілігі артады, молекулалардың қозғалғыштығы артады, бұл, өз кезегінде сұйықтың тұтқырлығының азаюына әкеп соғады. Сұйықтың әр бір молекуласына оны қоршаған молекулалардың тартылыс күші әсер етеді және ол қашықтыққа байланысты азаяды (88 суретті қара); демек, қандай да бір минимал ара қашықтықтан бастап, молекулалар арасындағы тартылыс күштерін ескермеуге болады. Бұл қашықтық (10–9 м шамасында) молекулалық әсердің r радиусы деп аталады, ал r радиустың сферасы — молекулалық әсердің сферасы деп аталады. Сұйықтың ішінде қандай да бір А молекуланы белгілеп алып (96 сурет), оның айналасына радиусы r сфераны сызайық. Анықтамаға сәйкес, берілген молекулаға тек осы сфераның ішіндегі молекулалардың әсерін ескерсек жеткілікті. А молекуласына әсер ететін күштердің бағыттары әр түрлі және олар бір бірін теңестіреді, сондықтан сұйық ішіндегі молекулаға әсер ететін қорытқы күш нолге тең. Ал егер, мысалы, В молекуласы беттен r-ден аз қашықтықта орналасса, жағдай басқаша болады. Бұл жағдайда, молекулалық әсердің сферасының бір бөлігі ғана сұйық ішінде орналасады. Сұйық бетіндегі газ молекулаларының шоғыры олардың сұйықтағы шоғырынан аз болғандықтан, беттік қабатта орналасқан әр бір молекуланың тең әсерлі F күші нолге тең болмайды және сұйықтың ішкі жағына қарай бағытталады. Осылайша, жоғарғы қабаттың барлық молекулаларының қорытқы күші сұйыққа қысым түсіреді, ол қысым молекулалық (немесе ішкі қысым) деп аталады. Молекулалық қысым сұйық ішіндегі қысымға әсер етпейді, себебі, ол сұйық молекулаларының арасындағы күшке ғана негізделген. Сұйық бөлшектерінің энергиясы, олардың бейберекет (жылулық) қозғалысының және молекула аралық әсерлесудің күштеріне негізделген потенциалдық энергиясының қосындысына тең. Молекулалар сұйық түбінен оның беткі қабатына жетуі үшін, жұмыс атқарылуы керек. Бұл жұмыс молекулалардың кинетикалық энергиясы есебінен жасалады және олардың потенциалдық энергияларының артуына жұмсалады. Сондықтан сұйықтың ішіндегі молекулаларға қарағанда, сұйықтың жоғарғы қабатының молекулаларының потенциалдық энергиясы көбірек болады. Сұйықтың жоғарғы бетінің молекулаларының сұйық бетінің энергиясы деп аталатын осы қосымша энергиясы, қабаттың S ауданына тура пропорционал: (66.1) мұндағы — беттік керілу. Тұйық контурмен шектелген сұйықтың бетін қарастырайық (97 сурет). Беттік керілу күшінің әсерінен сұйықтың беті қысқарып, қарастырылып отырған контур ашық-сұр түспен белгіленген орынға жылжиды. Белгіленген бөліктің, оның шеткі бөліктеріне әсер етуші күштері мынадай жұмыс жасайды: мұндағы f — сұйық бетінің бірлік ауданына әсер етуші беттік керілу күші. 97-суреттен көрініп тұрғандай lx = S болады, яғни: (66.2) Бұл жұмыс беттік энергияның азаюы есебінен жасалады, яғни: (66.3) (66.1) — (66.3) өрнектерді салыстырсақ, (66.4) яғни, беттік керілу күші, контурдың бірлік ұзындығына сәйкес келетін беттік керілу күшіне тең. Беттік керілудің өлшем бірлігі — ньютон бөлінген метр (Н/м) немесе джоуль бөлінген метр квадрат (Дж/м2) ((66.4) және (бб.1)). Температурасы 300 К болғанда, көптеген сұйықтардың беттік керілуі шамамен 10–2—10–1 Н/м. Температура артқан сайын, беттік керілу азаяды, себебі, сұйық молекулаларының арасындағы орташа қашықтық артады. Беттік керілу, сұйықтарда болатын қоспаларға тәуелді. Сұйықтың беттік керілуін азайтатын заттар беттік-белсенді заттар деп аталады. Суға қатысты бізге белгілі беттік-белсенді зат- бұл сабын болып табылады. Ол судың беттік керілуін қатты азайтады (шамамен 7,5 •10–2 -тен 4,5 • 10–2 Н/м-ге дейін). Судың беттік керілуін азайтатын заттар, сондай ақ, спирттер, эфирлер, мұнай, т.б. заттар болып табылады. Молекулалары сұйықтың молекулаларымен, сұйықтың өз молекулаларының өзара әсерлесуіне қарағанда жақсы әсер ететіндіктен, бұл заттар (қант, тұз), сұйықтың беттік керілуін арттырады. Мысалы, егер сабын ерітіндісіне тұз қоссақ, онда сұйықтың беттік қабатына сабын молекулалары көбірек шығады. Сабын даярлау техникасында сабын ерітіндіден осы әдіспен «тұздалады». 96-сурет 97-сурет жүктеу/скачать 0,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|