Поверхнева енергія

Найбільш характерним властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на кордоні з газом рідина утворює вільну поверхню, наявність якої призводить до виникнення явищ особливого роду, званих поверхневими. Своїм виникненням вони зобов’язані особливим фізичним умовам, в яких знаходяться молекули поблизу вільної поверхні.

На кожну молекулу рідини діють сили тяжіння з боку оточуючих її молекул, розташованих від неї на відстані порядку м (радіус молекулярного дії). На молекулу, розташовану всередині рідини (рис. 1), діють сили з боку таких же молекул, і рівнодіюча цих сил близька до нуля.

Для молекул равнодействующие сил відмінні від нуля і направлені всередину рідини, перпендикулярно до її поверхні. Таким чином, всі молекули рідини, що знаходяться в поверхневому шарі, втягуються всередину рідини. Але простір усередині рідини зайнято іншими молекулами, тому поверхневий шар створює тиск на рідину (молекулярне тиск).

Щоб перемістити молекулу, розташовану безпосередньо під поверхневим шаром, на поверхню, необхідно зробити роботу проти сил молекулярного тиску. Отже, молекули поверхневого шару рідини володіють додатковою потенційною енергією в порівнянні з молекулами всередині рідини. Цю енергію називають поверхневою енергією.

Очевидно, що величина поверхневої енергії тим більше, чим більше площа вільної поверхні.

Нехай площа вільної поверхні змінилася на, при цьому поверхнева енергія змінилася на, де a – коефіцієнт поверхневого натягу.

Так як для цього зміни необхідно здійснити роботу

Звідси.

Одиницею коефіцієнта поверхневого натягу в СІ є джоуль на квадратний метр.

Коефіцієнт поверхневого натягу – величина, чисельно рівна роботі, досконалої молекулярними силами при зміні площі вільної поверхні рідини на одиницю при ізотермічному процесі.

Так як будь-яка система, надана сама собі, прагне зайняти таке положення, в якому її потенційна енергія найменша, то рідина виявляє прагнення до скорочення вільної поверхні.

Поверхневий шар рідини поводиться подібно розтягнутої гумової плівці, тобто весь час прагне скоротити площу своєї поверхні до мінімальних розмірів, можливих при даному обсязі.

Приклад: крапля рідини в стані невагомості має сферичну форму.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 4.00 out of 5)

Поверхнева енергія