39. Опыт Эндрюса. Поправка на собственные размеры молекул.

 В 1869 году английский ученый Т.Эндрюс опубликовал результаты своих исследований свойств углекислого газа при различных давлениях и температурах. Сжимая газ под поршнем, Т. Эндрюс обнаружил, что при уменьшении объема давление газа увеличивалось, а затем, начиная с некоторого объема, принимало постоянное значение. При этом в цилиндре постепенно происходил процесс конденсации: сначала жидкость появлялась в виде отдельных капель, затем, при дальнейшем сжатии, она постепенно заполняла весь объем. Опыты Эндрюса, производимые при разных температурах, показали, что процесс фазового перехода зависит как от давления, так и от температуры. В результате было экспериментально обнаружено, что жидкое состояние может существовать только в определенном диапазоне температур, верхняя граница которого не может превышать критическую температуру (Тк), имеющую определенное значение для каждого вещества. Например, сжижение углекислого газа можно осуществить только при его сжатии при Т < –31^oC (рис. 3). При температурах же выше Тк вещество всегда остается в газообразном состоянии независимо от приложенного давления.  Полученные результаты объяснили неудачи в опытах ученых 19 века по сжижению некоторых газов (азот, кислород, водород), которые имеют низкие значения Тк (–146, –118, –240 ^oC, соответственно), вследствие чего для сжатия таких газов необходимо сильное охлаждение. Типичный вид экспериментальных изотерм однокомпонентного вещества приведен на (рис. 6 Изотермы реального газа)

40. 

41. П о­верх­ност­ное на­тя­же­ние жид­ко­сти (ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния жид­ко­сти) – это фи­зи­че­ская ве­ли­чи­на, ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет дан­ную жид­кость и равна от­но­ше­нию по­верх­ност­ной энер­гии к пло­ща­ди по­верх­но­сти жид­ко­сти. ( Н/м)

ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния ха­рак­те­ри­зу­ет удель­ную энер­гию вза­и­мо­дей­ствия мо­ле­кул, а зна­чит фак­то­ры, из­ме­ня­ю­щие эту энер­гию, из­ме­нят и ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния жид­ко­сти. Итак, ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния   за­ви­сит от:

1. При­ро­ды жид­ко­сти (у «ле­ту­чих» жид­ко­стей, таких как эфир, спирт и бен­зин, по­верх­ност­ное на­тя­же­ние мень­ше, чем у «неле­ту­чих» – воды, ртути и жид­ких ме­тал­лов).

2. Тем­пе­ра­ту­ры (чем выше тем­пе­ра­ту­ра, тем мень­ше по­верх­ност­ное на­тя­же­ние).

3. На­ли­чие по­верх­ност­но ак­тив­ных ве­ществ, умень­ша­ю­щих по­верх­ност­ное на­тя­же­ние (ПАВ), на­при­мер мыла или сти­раль­но­го по­рош­ка.

4. Свой­ства газа, гра­ни­ча­ще­го с жид­ко­стью.

От­ме­тим, что ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния не за­ви­сит от пло­ща­ди по­верх­но­сти, так как для одной от­дель­но взя­той при­по­верх­ност­ной мо­ле­ку­лы аб­со­лют­но неваж­но, сколь­ко таких же мо­ле­кул во­круг.

42. Капиллярные явления, поверхностные явления на границе жидкости с др. средой, связанные с искривлением ее поверхности.

Искривление поверхности жидкости на границе с газовой фазой происходит в результате действия поверхностного натяжения жидкости, которое стремится сократить поверхность раздела и придать ограниченному объему жидкости форму шара. Поскольку шар обладает минимальной поверхностью при данном объеме, такая форма отвечает минимуму поверхностной энергии жидкости, т.е. ее устойчивому равновесному состоянию. В случае достаточно больших масс жидкости действие поверхностного натяжения компенсируется силой тяжести, поэтому маловязкая жидкость быстро принимает форму сосуда, в который она налита, а ее своб. поверхность представляется практически плоской.

В случае смачивания, например, при соприкосновении жидкости с твердой стенкой сосуда, силы притяжения, действующие между молекулами твердого тела и жидкости, заставляют ее подниматься по стенке сосуда, вследствие чего примыкающий к стенке участок поверхности жидкости принимает вогнутую форму. В узких каналах, например, цилиндрических капиллярах, образуется вогнутый мениск - полностью искривленная поверхность жидкости (рис. 1).

Рис. 1. Капиллярное поднятие на высоту h жидкости, смачивающей стенки капилляра радиуса r; q - краевой угол смачивания.