8

Лекция 10 жидкое состояние общие физические свойства жидкого состояния вещества и их молекулярно-кинетическая интерпретация

8.1. Строение жидкостей

8.2. Поверхностное натяжение

8.3. Давление под изогнутой поверхностью жидкости

8.4. Явления на границе жидкости и твердого тела

8.5. Капиллярные явления

8.1. Строение жидкостей

Жидкое состояние, занимая промежуточное положение между газами и кристаллами, сочетает в себе некоторые черты обоих этих состояний.

В частности:

• для жидкостей, как и для кристаллических тел, характерно наличие определенного объема,

• и вместе с тем жидкость, подобно газу, принимает форму того сосуда, в котором она находится.

2.

В отношении характера расположения частиц жидкости также занимают промежуточное положение

• В расположении частиц жидкости наблюдается так называемый ближний порядок. Это означает, что по отношению к любой частице расположение ближайших к ней соседей является упорядоченным. Однако по мере удаления от данной частицы расположение по отношению к ней других частиц становится все менее упорядоченным, и довольно быстро порядок в расположении частиц полностью исчезает. Наличие в жидкостях ближнего порядка служит причиной того, что структуру жидкостей называют квазикристалличе­ской (кристаллoподобной).

• для кристаллического состояния характерно упорядоченное расположение частиц (атомов или молекул). В кристаллах имеет место дальний порядок: упорядоченное расположение частиц по отношению к любой частице наблюдается в пределах значительного объема.

• в газах в этом смысле царит полный хаос

3.

Из-за отсутствия дальнего порядка жидкости, за немногими исключениями, не обнаруживают анизотропии, характерной для кристаллов с их правильным расположением частиц. В жидкостях с удлиненными молекулами наблюдается одинаковая ориентация молекул в пределах значительного объема, чем обусловливается анизотропия оптических и некоторых других свойств. Такие жидко­сти получили название жидких кристаллов. У них упо­рядочена только ориентация молекул, взаимное же расположение молекул, как и в обычных жидкостях, дальнего порядка не обна­руживает.

4. Тепловое движение в жидкостях

Промежуточным положением жидкостей обусловлено то обстоятельство, что жидкое состояние оказывается особенно сложным по своим свойствам. Поэтому его теория гораздо менее развита, чем теория кристаллического и газообразного состояний. До сих пор нет вполне законченной и общепризнанной теории жидкостей.

Согласно Я. И Френкелю, тепловое движение в жидкостях имеет сле­дующий характер:

- Каждая молекула в течение некоторого времени колеблется около определенного положения равновесия.

- Время от времени молекула меняет место равновесия, скачком перемещаясь в новое положение, отстоящее от предыдущего на расстояние порядка размеров самих молекул.

Таким образом, молекулы лишь медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определенных мест.

- Длительности этих стоянок весьма различны и беспорядочно чередуются друг с другом, но средняя длительность колебаний около одного и того же положения равновесия оказывается у каждой жидкости определен­ной величиной, резко убывающей при повышении температуры. В связи с этим при повышении температуры сильно возрастает подвижность молекул, что в свою очередь влечет за собой уменьше­ние вязкости жидкостей.

5. Существуют твердые тела, которые во многих отношениях ока­зываются ближе к жидкостям, чем к кристаллам. Такие тела, на­зываемые аморфными, не обнаруживают анизотропии.

- В рас­положении их частиц имеется, как и у жидкостей, только ближний порядок.

- Переход от аморфного твердого тела к жидкости при нагре­вании осуществляется непрерывно, в то время как переход от крис­талла к жидкости совершается скачком.

Все это дает основание рассматривать аморфные твердые тела как переохлажденные жидкости, частицы которых вследствие сильно возросшей вязкости имеют ограниченную по­движность.

Типичным примером аморфного твердого тела служит стекло. К числу аморфных тел относятся также смолы, битумы и т. п.