Молекулярная физика. Афанасьев А.Д - 52 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ИГУ | Иркутск

Составители: 

Рубрика: 

52
поверхность жидкости обладает избыточной по сравнению с остальной
массой жидкости потенциальной (свободной) энергией.
К чему же это приводит? Так же, как в механике, система стремится
достигнуть состояния с наименьшей потенциальной энергией, и только
состояние с наименьшей потенциальной энергией является устойчивым, в
термодинамике система в изотермических условиях стремится достигнуть
состояния с наименьшей потенциальной энергией. Поэтому поверхность
жидкости стремится сократиться. Благодаря этому вдоль поверхности
жидкости по касательной к ней действуют силы, называемые силами
поверхностного натяжения. В этом отношении жидкость уподобляется
тонкой резиновой пленке, растянутой изотропно по всем направлениям в
плоскости поверхности, которой окружен объем жидкости. Наличие
поверхностного натяжения очень эффектно
демонстрируется с помощью мыльных
пленок.
Если, например, опустить проволочную
рамку, одна из сторон которой АБ подвижна
(рис. 4), в мыльный раствор, то вся она
затянется пленкой жидкости. Силы
поверхностного натяжения принуждают
пленку сокращаться, и подвешенная
перекладина АВ вслед за пленкой
перемещается вверх. Чтобы сохранить ее в равновесии, к перекладине нужно
приложить силу Р в виде груза (сюда входит и вес самой перекладины).
Поверхностная сила f с учетом того, что пленка имеет две поверхности
(пленка представляет собой слой жидкости), равна при равновесии весу груза
Р:
P
f
=
2
и
2
P
f = .
Если под действием силы перекладина, увлекаемая пленкой,
переместилась на расстояние dh из положения АВ, то работа, совершенная
силой f, равна:
fdh
dA
=
. Работа эта равна уменьшению свободной энергии
пленки dF, которое, как мы знаем, равно
dF
σ
=
. В данном случае
ldh
dS
=
, где l – длина рамки. Отсюда dh
P
fdhldhdA
2
=== σ и
l
P
2
=σ . (4)
Р
В
А
Рис. 4. Проволочная рамка
с мыльной пленкой
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
          поверхность жидкости обладает избыточной по сравнению с остальной
          массой жидкости потенциальной (свободной) энергией.
              К чему же это приводит? Так же, как в механике, система стремится
          достигнуть состояния с наименьшей потенциальной энергией, и только
          состояние с наименьшей потенциальной энергией является устойчивым, в
          термодинамике система в изотермических условиях стремится достигнуть
          состояния с наименьшей потенциальной энергией. Поэтому поверхность
          жидкости стремится сократиться. Благодаря этому вдоль поверхности
          жидкости по касательной к ней действуют силы, называемые силами
          поверхностного натяжения. В этом отношении жидкость уподобляется
          тонкой резиновой пленке, растянутой изотропно по всем направлениям в
          плоскости поверхности, которой окружен объем жидкости. Наличие
                                        поверхностного натяжения очень эффектно
                                        демонстрируется с помощью мыльных
                                        пленок.
                                            Если, например, опустить проволочную
             А                       В рамку, одна из сторон которой АБ подвижна
                                        (рис. 4), в мыльный раствор, то вся она
                          Р             затянется    пленкой     жидкости.     Силы
             Рис. 4. Проволочная рамка поверхностного      натяжения    принуждают
             с мыльной пленкой          пленку    сокращаться,     и    подвешенная
                                        перекладина     АВ    вслед    за   пленкой
          перемещается вверх. Чтобы сохранить ее в равновесии, к перекладине нужно
          приложить силу Р в виде груза (сюда входит и вес самой перекладины).
              Поверхностная сила f с учетом того, что пленка имеет две поверхности
          (пленка представляет собой слой жидкости), равна при равновесии весу груза
          Р:
                                                                          P
                                    2f = P               и          f =     .
                                                                          2
             Если под действием силы перекладина, увлекаемая пленкой,
          переместилась на расстояние dh из положения АВ, то работа, совершенная
          силой f, равна: dA = fdh . Работа эта равна уменьшению свободной энергии
          пленки dF, которое, как мы знаем, равно dF = σdS . В данном случае
                                                                                P
          dS = ldh , где l – длина рамки. Отсюда dA = σldh = fdh =                dh и
                                                                                2
                                                 P
                                            σ=      .                                    (4)
                                                 2l



                                                        52
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Страницы