На молекула, разположена вътре в течността, атрактивни сили действат върху част от всички молекули, разположени в зоната на действие на тези сили. Както е известно, тази област има радиус. Полученият в резултат на всички сили. в качеството на та молекула от молекулите в една област с радиус. е близо до нула, т.е.. е ..
Тази сила може да бъде нула, ако околните молекули ще бъдат подредени напълно симетрично и на равни разстояния от него. Въпреки това, случайна промяна в относителната позиция на съседните молекули, поради тяхната термична движение прави тази сума е различна от нула. По този начин, всяка молекула на течността винаги се движи под въздействието на резултантната. променящите се с времето по големина и посока. Това получената сила е насочена в посока, където произшествието е голяма концентрация на молекулите и близки съседни молекули. Следователно, молекулните сили на привличане допринасят за молекулна концентрация.
Сега нека й-ти молекула се намира близо до повърхността, че сферата на действие на молекулните сили пресича повърхността на течността (ris.69 както и).
В този случай, част от сферата на действие на молекулните сили, разположен над повърхността на течността, съдържа значително по-малко течност молекули (пара) от разположени под повърхността на (течността), при което молекулата на изготвени надолу над нагоре. Поради това, резултантната не е нула поради симетрия и насочена перпендикулярно на повърхността на течността.
Ние избираме малко течност повърхност S. Например, във формата на кръг (фиг. 69 б). Молекулите, обхванати от този сайт са свързани чрез вътрешни сили, така че мономолекулярна диск може да се разглежда като тялото (филм). Нека този сайт се вписва N молекули. След това стойността на общата сила действа върху всички дискови молекули ще бъде равна
тъй като всички сили са успоредни и имат една и съща стойност. Ако количеството (5.2.1) се разделя зоната на диск S, получаваме т.нар молекулно налягане р # 924. с повърхностен слой, който действа върху останалата част от тялото на течност:
Всеки един от факторите в последния експресията е пропорционално на плътността на флуида (- моларна маса, V # 924 - моларен обем). следователно
където - коефициент на пропорционалност, който се характеризира силите на привличане между молекулите на течността. Молекулно флуид под налягане (5.2.3) има същата форма като за газове (3.4.8). Единствената разлика е, моларното обем V # 924. която течност е значително по-малко отколкото за газове. Ние очакваме налягане молекулна вода. От опит се знае, че а = 0.555 J # 8729; m3 / мол 2. V # 924; = 18 # 8729; 10 -3 / 10 3 = 18 # 8729; 10 -6 m 3 / мол. Замествайки тези стойности в (5.2.3), получаваме
р # 924; = 1,7 # 8729 Ра 17000 10 септември атм.
От горния пример става ясно, защо е трудно свиваема течност. Те винаги са в компресирано състояние под налягане на много високо молекулно и следователно значително намаляване на обема изисква прилагането на такъв натиск, който ще бъде същия ред, както молекулното налягане. Имайте предвид, че директен молекулно налягане не може да се измери, тъй като всеки манометър и измерва външен хидростатичното налягане.
Взаимното привличането на молекулите е не само повърхностен слой върху останалата част от налягането на течността, но има тенденция да се намали течна повърхност, т.е.. Е. Причина сила, насочена по повърхността, подобно на това, което имаме в разтегнато каучук филм. Това повърхностно напрежение е тясно свързано с молекулно налягане. В действителност, всяка молекула намира на повърхността изпитва сила насочена в течността, така че всеки от тези молекули са склонни да избягат от повърхността и гмуркане в течността. Следователно, течният баланс може да се постигне с такова подреждане на молекули, когато на повърхността е възможно най-малък брой молекули, т.е.. Е. течност повърхност има най-малката стойност. Това желание да имат най-ниска течна повърхност създава сходството на повърхността на течността с еластичен филм, който се разтяга, има тенденция да се вземе в ръце и да се намали неговата повърхност. От всички от повърхността на тялото има най-малък обем балона. Ето защо, малки капчици течност под формата на топка.
Разгледа отново мономолекулярна диск S. областта, разположен върху повърхността на течността. Чрез й тата молекула, която се намира във вътрешността на диска, в качеството фен сили. лежи в равнина, допирателна към повърхността на течността. За всички молекули, разположени вътре платформа S, всички тези сили баланс всеки Fij. Само молекули разположени периферно гранична зона S. сила. навън, остават небалансирано и получаване на получената сила. перпендикулярна на кръга и допирателната към повърхността на течността. Сумата от модулите на тези външни сили. опън филм, покрит с платформа, посочена като S. сила на повърхностното напрежение. Повърхностно напрежение сила, която е за единица периферна дължина определяща област S. нарича коефициент на повърхностното напрежение на течността:
Устройството за измерване на повърхностното напрежение в системата SI е N / m.
Коефициент на повърхностното напрежение зависи от температурата. С повишаване на температурата, намалява като течността при загряване увеличава средното разстояние между молекулите, което води до намаляване на привличане сили и, следователно, получената сила F. на качеството на единица дължина на веригата, разположен върху повърхността на течността.
Използване формула (5.2.4), е възможно да се въведе различни, еквивалентно, определяне на повърхностното напрежение. За това, помислете следния експеримент. Телена рамка запълване течен филм (фиг. 70).
Jumper CD рамка може да се плъзга свободно по протежение на водачите AC и BD. Филмът се състои от долна и горна повърхности, между които има течност. На дължина скок на силата на повърхностното напрежение. Така че скобата е в равновесие, е необходимо да се приложи сила. Под влияние на F1 на сила (по-точно F1 + DF1) се движи за преодоляване на DX разстояние. По този начин повърхността на филма ще се увеличи с количество. Увеличаването на повърхността на филма се дължи на прехвърляне на молекули от течен дълбочина на повърхностния слой. В този преход молекула изразходват им кинетична енергия да работи срещу силите, насочени навътре R. течност, като по този начин намаляване на температурата на флуида. Температурата на водата да не се променя, джъмпера трябва да се премести безкрайно бавно. След това течността ще трябва време, за да получите най-топлина от околната среда и да запази постоянна температура.
По този начин, операцията сила F1 + DF1 изотермични увеличаване на площта на повърхността на течността е равна на:
От последния израз следва, че повърхностно напрежение е числено равно на увеличението в изотермични повърхността на течността на единица площ. Коефициентът е положителна стойност. Ето защо, ако на повърхностното напрежение на течността извършва работа. преместване на мрежата, така че областта на течната повърхност намалява, т.е.. е .. и след това на базата на (5.2.5). И обратното, ако външното F1 на сила не работи, а след това. и уеб движи така, че течността да се увеличава повърхността им, т.е.. д. и отново.
Ние знаем, че работата по обратим изотермичен процес е равна на намалението на свободната енергия, тоест. Д.
Следователно, изразът (5.2.5) може да се изписва така:
т. е. коефициент на повърхностното напрежение е числено равно на промяната на свободна енергия на течността чрез увеличаване на площта на единица. Експресия (5.2.7) е най-обща дефиниция на повърхностното напрежение. От този израз, следва, че също така е възможно да се измери SI в J / т2 = N / m.
Тъй като коефициентът на повърхностното напрежение е функция на температурата на течност и е независима от нейната област, съотношението на (5.2.7), следва, че
т. е. повърхност свободна енергия на течността е равна на произведението на площта S.
Като се има предвид, че работата, извършена от филма. основното уравнение на термодинамиката за обратими процеси може да се запише като
Тъй като по дефиниция безплатна енергия. на
От (5.2.9-5.2.10) намираме
Заместването на експресията на вътрешния енергиен експресия (5.2.8) и (5.2.12). резултатът
Тъй като повърхностното напрежение е намаляваща функция от температурата, или. и както се вижда от (5.2.13), вътрешната енергия на течността над повърхността свободна енергия, г е. .. Ясно е, например, от факта, че при приближаване на критична точка, в която разликата между течност и направи газ изчезва, повърхностното напрежение трябва да е равна на нула.
Топлината, получена от среда на външна течност при образование-SRI единица площ от повърхността на филма,
Последният израз показва, че. тъй като. Тя лесно се вижда, че стойността на р е по-малко от увеличението на повърхността на енергия, тъй като (отрицателна работа, защото чрез увеличаване на площта на повърхността не работи филм и външната сила).