.
Меню сайта
|
Поверхностная энергияПоверхностная энергияПопробуем увеличить поверхность тела, сохранив его объем. Растянем, например, пленку жидкости. Упругое растяжение, как у резины, не произойдет, расстояние между молекулами не увеличится. Просто все новые и новые молекулы будут переходить из объема жидкости на ее поверхность, образуя поверхностный слой толщиной в молекулу — мономолекулярный слой. Представим себе молекулы плотно упакованными в поверхностном слое в виде одинаковых кубиков. Размер молекулы, т. е. ребро кубика (b), составляет около 3—5 ангстрем (А). 1Е=10-8 см. Следовательно, площадь, занятая молекулой (b2), равна 10—25 Е2, а число молекул на 1см2 слоя
— около 1015.
На каждую молекулу слоя действует сила f, направленная внутрь жидкости, и, чтобы вывести молекулу на поверхность, надо затратить работу, приблизительно равную произведению силы f на путь b. Работа образования 1 см2 поверхностного слоя, или поверхностное натяжение, выразится так:
Эта величина определяет избыток свободной энергии, сосредоточенной в каждом квадратном сантиметре слоя на границе двух любых тел. Эта энергия называется свободной, потому что ее можно использовать для совершения механической работы; подобную же энергию приобретает груз, поднятый на определенную высоту. Так активируются молекулы-пограничники. Поверхностное натяжение иначе можно назвать удельной свободной поверхностной энергией. Его можно рассматривать как энергию активации всех n1 молекул в 1 см2 слоя. На одну молекулу эта энергия составляет
Если поверхность тела S см2, то свободная поверхностная энергия равна σS. У дисперсных тел с очень сильно развитой поверхностью эта энергия может быть очень велика.
Сравним измеренные значения σ в эрг/см3 при 20° Ц на поверхностях раздела некоторых жидкостей с собственным паром. У углеводорода гептана С7Н16 σ=20, у воды σ=73, у ртути σ =480. Для большинства металлов а вблизи точки плавления лежит между 500 и 2000 эрг/см2. У малолетучих тел поверхностное натяжение на границе с воздухом характеризует молекулярные силы сцепления. Из уравнения (1) f=σb, считая σ=500 эрг/см2, а b=4•10-8 см, находим f=2•10-5 дин. Эта сила очень мала — она соответствует весу двух стотысячных долей миллиграмма! Но помножьте ее на все n1 молекул, и вы получите идеальную, т. е. наибольшую, прочность твердого тела на разрыв:
Стержень из такого материала сечением 1 см2 выдержит вес 10 m! |
ПОИСК
Block title
|