−

ких – положительный. Температура, при которой эффект Джоуля − Томсона меняет знак, называется температурой (точкой) инверсии. Выше этой температуры эффект всегда отрицательный. Так, для гелия точка инверсии 40, водорода – 200, кислорода – 1063, углекислого газа – 2073 K и т.п.

Охлаждение газов в процессе Джоуля-Томсона может быть значительным. Так, воздух при расширении от 200 до 1 атм. охлаждается на 40 К. Поэтому положительный эффект Джоуля-Томсона используется для снижения температуры газов вплоть до сжижения.

2.6.ЖИДКОСТИ

2.6.1.Свойства жидкостей

Жидкость представляет собой агрегатное состояние вещества, в котором проявляются как свойства твердого состояния – занимать определенный ограниченный объем, сохранять прочность отрыву частиц, так и газообразного – изменчивость формы.

Одним из основных физических свойств жидкости является вязкость. Вязкость или внутреннее трение – свойство газов и жидкостей, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение. Она оценивается коэффициентом вязкости η, от которого зависит сила внутреннего трения между двумя слоями жидкости при их относительном движении. В отличие от газов, где вязкость возрастает с увеличением температуры, в жидкостях вязкость с увеличением температуры резко убывает по закону

где k – постоянная Больцмана, W – энергия перехода молекулы жидкости из одного положения в другое.

Для жидкостей имеет место ближний порядок в расположении частиц и малое различие в кинетической энергии теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Тепловое движение молекул жидкости состоит из колебательного движения молекул около положения равновесия и переходов от одного равновесного положения в другое. С этим связана текучесть жидкости, которая оценивается величиной 1/η. Таким образом, в отличие от твердых тел жидкость имеет "«рыхлую"»структуру. В то же время молекулы жидкости находятся на таких же расстояниях друг от друга, как и в твердом теле. На это указывает тот факт, что плотности вещества в твердом и жидком состоянии примерно одинаковы, а, например, для воды наоборот: плотность льда меньше.

Термодинамические величины, характеризующие такие свойства жидкости, как плотность, теплоемкость и т.д. не имеют простой и одновременно строгой температурной зависимости как у газов, т.е. вследствие проявления сил межмолекулярного взаимодействия найти простое уравнение состояния для жидкостей как для газов не представляется возможным.

−

титься. Поэтому под ее искривленной поверхностью возникает добавочное давление, точно так же, как внутри резинового шара или мыльного пузыря давление на определенную величину больше давления наружного воздуха.

Для вычисления этого давления рассмотрим шарообразную каплю жидко-

Это выражение называют формулой Лапласа, которая определяет избыточное (капиллярное) давление – положительное под выпуклой поверхностью и отрицательное – под вогнутой.

2.6.5. Капиллярность

Эта формула носит имя Жюрена.

Капиллярные явления широко проявляются в природе, смачивание используется при флотации, облегчает механическую обработку металлов, влияет на моющее действие мыл.

2.6.6. Тонкие слои жидкости

При плотной упаковке молекул каждая из них окружена 12 ближайшими соседями и ее потенциальная энергия внутри жидкости εж ≈ 12 εmin< 0 в первом приближении (график рис. 2.6.8). На самом деле молекулы взаимодейству-

−

ют, но энергия взаимодействия хотя и растет с увеличением числа окружающих молекул N, но быстро падает с расстоянием r

εn rN6 ,

Количество молекул, с которым взаимодействует рассматриваемая молекула, пропорционально концентрации молекул в шаровом слое толщиной dr и

Рассмотрим тонкую пленку жидкости, толщина которой сравнима с радиусом молекулярного действия rм > h (рис. 2.6.9). В такой пленке отпадает отрицательная энергия взаимодействия с молекулами, отсутствующими в сфере молекулярного действия. При этом энергия всех молекул, как на поверхности пленки, так и внутри нее, примерно одинакова, превышая энергию молекулы не только внутри жидкости (~12 εmin), но и на поверхности толстого слоя жидко-

сти (~6 εmin).

Уменьшение энергии этих молекул, а значит и всей жидкости в целом возможно, следовательно, за счет уве-

личения толщины пленки. Стремление к увеличению толщины пленки выражается в появлении добавочного давления в пленке. Оно было изучено Дерягиным и названо расклинивающим давлением. Оно становится особенно заметным при наличии в жидкости ионов. Наличие расклинивающего давления во многих случаях объясняет важный

факт устойчивости коллоидных и дисперсных систем. Расклинивающее давление, например, препятствует слипанию пузырьков газа внутри жидкости при сближении их на очень малые расстояния (рис. 2.6.10).

По-видимому, расклинивающее давление играет существенную роль в открытом Ребиндером эффекте облегчения деформирования и механического