69 Формула Лапласа.

Уравнение (11) называется формулой Лапласа. Добавочное

давление, которое оказывает искривленная поверхность жидкости на внутренние области жидкости, называется лапласовским давлением. Лапласовское давление очевидно направлено к центру кривизны поверхности. Поэтому в случае выпуклой поверхности оно направлено внутрь жидкости и добавляется к нормальному давлению жидкости. В случае вогнутой поверхности жидкость будет находиться под меньшим давлением, чем жидкость под плоской поверхностью, т.к. лапласовское давление направлено за пределы жидкости.

70 Капиллярные явления. С явлениями смачивания и несмачивания связаны так называемые капиллярные явления. Если в жидкость опустить капилляр(трубка малого диаметра), то поверхность жидкости в капилляра принимает вогнутую форму, близкую к сферической в случае смачивания и выпуклую в случае несмачивания. Такие поверхности называются менисками.

Капиллярами называются такие трубки, в которых радиус мениска примерно равен радиусу трубки.

В случае вогнутого мениска добавочное давление направленно к центру кривизны вне жидкости. Поэтому давление под мениском меньше давления под плоской поверхностью жидкости в сосуде на величину лапласовского давления:

71 Давление насыщенного пара над мениском. Однако давление насыщенного пара изменяется с высотой согласно барометрической формуле:

Давление насыщенного пара р на высоте h над вогнутой поверхностью жидкости в капилляре будет меньше, чем давление над плоской поверхностью жидкости в сосуде. Если жидкость не смачивает капилляр, то она опускается ниже уровня жидкости в сосуде на высоту h и давление над выпуклой поверхностью жидкости в капилляре будет больше чем

Известно, что высота поднятия жидкости в капилляре определяется формулой:

80 Теплоемкость кристаллов. Закон Дюлонга и Пти. Трудности классической физики в объяснении температурной зависимости теплоемкости твердых тел. Коэффициент объемного расширения численно равен относи- тельному изменению объема при изменении температуры на 1К.

Энергия колебательного движения складывается из кинетической и потенциальной энергии. При гармонических колебаниях кинетическая энергия колебательного движения равна потенциальной. Согласно закону равномерного распределения энергии по степеням свободы на каждую колебательную степень свободы приходится 1/2kT виде кинетической энергии и 1/2kT виде потенциальной. Cледовательно, полная энергия колеблющейся частицы будет равна:

Согласно (И) молярная теплоемкость химически простых твердых тел равна C=3R и не зависит от температуры. Это закон Дюлонга и Пти .Закон Дюлонга и Пти хорошо выполняется для многих веществ при комнатных температурах.

Точная, квантовая теория теплоемкости кристаллов была создана Эйнштейном и Дебаем. Квантовая теория теплоемкости учитывает: 1.Квантование энергии колебательного движения - энергия колебательного движения может принимать только некоторые, дискретные значения; 2.Колебания частиц в кристаллической решетке не являются независимыми.

Из теории Дебая следует, что при температурах близких к абсолютному нулю, внутренняя энергия твердого тела пропорциональна четвертой степени температуры:

где а - постоянная, зависящая от частоты колебаний частиц. Следовательно, теплоемкость кристаллов:

72 Растворы. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Растворами называются физически однородные (гомогенные)смеси двух или нескольких веществ. Физическая однородность достигается равномерным перемешиванием молекул. Если одного вещества в растворе больше чем других оно называется растворителем. Подобно смеси газов раствор является однофазной системой. Растворы бывают слабые (разбавленные) - если число молекул растворенного вещества мало по сравнению с числом молекул растворителя. Растворы бывают крепкими. Очень крепкие растворы называются концентрированными. Самые простые растворы - бинарные - состоят из двух веществ: растворителя и растворенного вещества. Относительное количество растворенного вещества характеризуется концентрацией раствора. Различают весовую, молярную и объемную концентрации.

Растворы с нулевым тепловым эффектом называются идеальными.

Относительное понижение давления насыщенного пара над раствором пропорционально концентрации раствора (n/N).

Повышение температуры кипения раствора пропорционально концентрации растворенного вещества:

Если раствор отделить от растворителя такой мембраной, то молекулы растворителя будут переходить через мембрану в раствор, уменьшая его концентрацию. Это явление называется осмосом. Осмос будет также наблюю даться, если мембрана разделяет два раствора разной концентрации. В результате осмоса возникает разность давлений между раствором и чистым растворителем. Когда разность давлений достигает определенной величины, осмос прекращается.

В слабых растворах молекулы растворенного вещества ведут себя подобно молекулам идеального газа. Поэтому осмотическое давление должно подчиняться уравнению Клапейрона-Менделеева:

Этот закон установлен Вант-Гоффом в 1887 году и носит его

имя. где С - молярная концентрация раствора (число молей растворенного вещества в единице объема раствора).

Из закона Вант-Гоффа следует: 1.Для данного растворенного вешества осмотическое давление при Т=const пропорционально концентрации раствора;2.Для данного растворенного вещества при постоянной концентрации осмотическое давление пропорционально абсолютной температуре раствора; 3 Для разных растворенных веществ при одинаковой температуре и весовой концентрации (m/V) раствора осмотическое давление обратно пропорционально молярной массе растворенного вещества.

73 Аморфные и кристаллические тела.В физике к твердым телам относятся только те, которые имеют кристаллическое строение. Металлы, соли, лед, песок, горные породы.

Аморфные тела (стекло, смола, пластмассы и т.д.) - это сильно переохлажденные жидкости. С понижением температуры их вязкость возрастает настолько, что они теряют способность течь. При этом у них сохраняется молекулярная структура характерная для жидкостей. Аморфные тела изотропные, т.е. их физические свойства одинаковые по всем направлениям.

Основная осооснность кристаллического вещества - регулярное, правильное расположение частичек, которое бесконечно повторяется в пространстве. Силы, действующие между частичками, удерживают их в данном положении, создавая пространственные кристаллические решетки. В узлах этих решеток могут находиться атомы, ионы, молекулы, которые беспрерывно колеблются возле положения равновесия.

74 Анизотропия кристаллов. Одна из основных особенностей кристаллических тел - анизотропия, т.е. различие физических свойств в разных направлениях. Кристаллы легко раскалываются в одних направлениях (плоскости спайности) и тяжелее в других. Упругость кристаллов разная вдоль разных осей, разная теплопроводность, скорость распространения свста в разных направления различная . У многих кристаллов анизотропия резко не проявляется. Такие кристаллы состоят из множества маленьких кристаллов ориентированных хаотично. Такие тела называются поликристаллическими, в отличие от монокристаллов -твердых тел, кристаллическая решетка которых единая по всему объему. При правильном расположении атомов, они размешаются вдоль разных направлений с различной плотностью. Этим и обусловлена анизотропия свойств кристаллов.

75 Классификация кристаллов по типу связей. Кристаллы с ионной связью или ионные кристаллы. В узлах решетки находятся ионы разных знаков. Ионы размещаются так, что силы притяжения между ионами разных знаков уравновешиваются силами отталкивания между ионами одинаковых знаков.

Кристаллы с ковалентнои связью - атомные кристаллы, В узлах решетки находятся нейтральные атомы. Между ними устанавливается ковалентная (гомеополярная) связь, при которой валентные электроны, по одному от каждого атома, двигаются по одной орбите вокруг двух атомов. В зависимости от валентности ато-

Кристаллы с металлической связью - металлические кри- сталлы. В узлах решетки находятся положительные ионы, между которыми двигаются свободные (валентные) электроны, которые и обеспечивают связь между ионами.

Кристаллы с ван-дер-ваальсовскои связью - молекулярные кристаллы. В узлах таких кристаллов находятся ориентированные определенным образом молекулы. Связь осуществляется ван-дер- ваальсовскими молекулярными силами.

Кристаллы с водородной связью. Они возникают благодаря электрическому взаимодействию атома водорода с другими атома- ми. Представители: кристаллы льда.

76 Дефекты в кристаллах. Реальные кристаллы имеют различные нарушения регулярной структуры - дефекты. Наличие дефектов сильно влияет на физические свойства кристаллов. Различают точечные дефекты и дислокации.Очечные дефекты: между регулярно размешенных узлов может находиться незанятый узел - дефект по Шоттки или Франкеля. Иногда узел может быть занят частицей другого вида – при внедрения.

Дислокации. Различают линейные и винтовые дислокации. Линейная дислокация наблюдается в случае отсутствия части кристаллической плоскости .Винтовая дислокация появляется из-за сдвига одной части кристалла относительно другой.

77 Жидкие кристаллы Жидкие кристаллы очень чувствительны к изменению внешних условий. Их свойства резко изменяются при изменении температуры, электрических полей, под действием света. В нематичсских жидких кристаллах эти молекулы ориентируются так, что их оси параллельны друг другу. Способность всшсств образовывать жидкие кристаллы, обусловлена особенностями строения их молекул. Обычно это удлиненные или дискообразные молекулы.

78 Тепловые свойства кристаллов. Частички в кристаллах совершают колебания возле положений равновесия - узлов кристаллической решетки. При отклонении частички от положения равновесия возникает сила, которая стремиться вернуть ее в положение равновесия.

Энергия колебательного движения частичек зависит от температуры и определяет внутреннюю энергию кристалла. При понижении температуры внутренняя энергия уменьшается. Однако при Т—* О внутренняя энергия стремится не к нулю, а, согласно квантовой теории, к некоторому значению Uo, которое называется нулевой энергией. Пулевая энергия обычно значительно меньше энергии взаимодействия частичек.