Молекулярная физика. Ларионов А.Н - 12 стр.

                                   12
циента поверхностного натяжения вследствие        увеличения    среднего
расстояния между молекулами жидкости.

      Для увеличения поверхности жидкости необходимо совершить работу
против молекулярных сил. Растяжение поверхностного слоя сопровождается
перемещением из внутренних слоев на поверхность новых молекул жидкости.
Этому препятствуют направленные внутрь жидкости силы притяжения моле-
кул, расположенных внутри жидкости. При сокращении поверхности молеку-
лярные силы сами совершают работу по перемещению «лишних» молекул с
поверхности в глубь жидкости. Таким образом, при растяжении поверхности
жидкости ее потенциальная энергия увеличивается, при сокращении - умень-
шается.
      Энергетический смысл коэффициента поверхностного натяжения можно
установить, определив работу, совершаемую при уменьшении площади по-
верхности жидкости. Для этого рассмотрим жидкую пленку, натянутую на
проволочную рамку, правая сторона которой длиной ℓ может свободно пере-
мещаться влево от некоторого первоначально зафиксированного положения
(рис.15). Под действием постоянной силы поверхностного натяжения эта сто-
                          рона будет перемещаться влево, а поверхность
                          пленки – сокращаться. Работа ΔА, совершенная
                          при сокращении пленки вследствие перемещения
                          рамки на расстояние Δх, выражается формулой:
                                    ΔA=F·Δx=2·σ·ℓ·Δx=σ·ΔS,
                          где ΔS=2·ℓ·Δx – изменение площади поверхности
                          пленки. Сомножитель 2 обусловлен тем, что плен-
ка имеет две поверхности.
      Работа ΔA совершается за счет уменьшения потенциальной энергии по-
верхности пленки. При растяжении пленки потенциальная энергия молекул,
перемещающихся на поверхность, увеличивается, а их кинетическая энергия
(энергия теплового движения) соответственно уменьшается. В результате при
растяжении пленка несколько охлаждается. При нагревании пленка будет на-
греваться. Изменение температуры пленки вызывает изменение коэффициента
поверхностного натяжения. Для того чтобы обеспечить неизменность коэффи-
циента поверхностного натяжения σ, процесс растяжения или сжатия пленки
следует производить изотермически.
      Та часть потенциальной энергии поверхности жидкости, которая может
перейти в работу по изотермическому сокращению поверхности жидкости, на-
зывается свободной энергией поверхности жидкости ΔW:
                              ΔW= ΔA=σ·ΔS.
      Свободная энергия всей поверхности жидкости равна произведению ко-
эффициента поверхностного натяжения на площадь этой поверхности:
                                W=σ·S,
     Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен отноше-
нию свободной энергии поверхности жидкости к площади этой поверхности: