Поверхностное натяжение

По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Как газы жидкости не сохраняют формы, передают производимое на них давления по всем направлениям одинаково. Жидкости обладают изотропией, т.е. их свойства не зависят от направления действия. Как твердые тела жидкости сохраняют свой объем, практически не поддаются сжатию, образуют границу раздела. Жидкости обладают свойством текучести, т.е. при сохранении объема принимают различные формы.

Рассмотрим две молекулы покоящейся жидкости. На молекулу 1 силы межмолекулярного притяжения действуют равномерно со всех сторон, поэтому они уравновешиваются. Силы же, действующие на молекулу 2 значительно сильнее со стороны окружающих ее молекул жидкости, чем со стороны молекул газа, с которыми граничит жидкость. Результирующая всех сил, действующая на молекулу 2, направлена в глубь жидкости, поэтому поверхностный слой жидкости производит на нее молекулярное давление.

Поверхностный слой жидкости представляет собой как бы эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать ее в одну большую каплю. Это явление называется поверхностным натяжением:

; .

- сила поверхностного натяжения: l - длина границы радела жидкости.

Смачивание – это явление межмолекулярного взаимодействия частиц твердого тела и жидкости на их границе, а жидкость при этом называется смачивающей. Если прилегающие слои жидкости отталкиваются от поверхности твердого тела, то жидкость называют несмачивающей, а явление - несмачиванием.

Явление смачивания и не смачивания приводят к искривлению поверхности жидкости у стенок сосуда – к краевым эффектам. При смачивании жидкость поднимается у стенок сосуда, при не смачивании опускается.

Краевые эффекты наиболее заметны в узких длинных трубках – капиллярах. В случае смачивания жидкость в капилляре находиться выше, чем в основном сосуде, а в случае не смачивания ниже.

Подъем и опускание жидкости в капиллярах под действием сил поверхностного натяжения называется капиллярным явлением.

Твердые тела делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллические тела (кристаллы) обладают пространственной периодической структурой – кристаллической решеткой. Решетка может состоять из атомов, молекул или ионов, и, соответственно, называется атомной, молекулярной или ионной. Все кристаллы имеют определенную температуру плавления.

Кристаллы делятся на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы представляют собой правильные симметричные многогранники (алмазы, рубины, сапфиры и т.д.). Они обладают анизотропией, т.е. их физические свойства зависят от направления внутри кристалла. В природе монокристаллы встречаются очень редко. Чаще встречаются поликристаллы – беспорядочно сросшиеся между собой монокристаллы (соль, сахар, металлы, кварц, лед и т.д.). Поликристаллы обладают изотропией, т.е. их свойства не зависят от направления внутри кристалла.

Аморфные тела – твердые тела, у которых отсутствует строгая периодичность расположения структурных частиц (стекло, битум, янтарь). Основные свойства аморфных тел: 1) изотропия; 2) твердость как у твердых тел при низких температурах и текучесть как у жидкостей при высоких температурах; 3) отсутствие определенной температуры плавления.

Жидкие кристаллы – некоторые органические вещества, которые одновременно обладают свойствами как твердых тел (анизотропия), так и жидкостей (текучесть). Применяются для создания дисплеев компьютеров, мобильных телефонов, калькуляторов т.д.