§ 44. Свойства поверхностного слоя жидкости

Модель жидкого состояния

1. Ранее были рассмотрены строение и свойства веществ в двух агрегатных состояниях: газообразном и твёрдом. Этим состояниям соответствуют два предельных случая пространственного расположения частиц. Идеальный газ характеризуется полным беспорядком в расположении частиц, а идеальный кристалл — упорядоченностью строения и наличием достаточно больших сил взаимодействия, позволяющих сохранить этот порядок во всём объёме кристалла.

Жидкость занимает промежуточное положение между твёрдым телом и газом. Об этом свидетельствуют свойства жидкости. Например, жидкости так же, как и газы, не имеют формы, но, подобно твёрдым телам, имеют собственный объём и плохо сжимаемы. Наблюдаемые свойства жидкости позволяют построить её модель, а затем использовать эту модель для предсказания и объяснения новых свойств.

Вы уже знаете, что плотность жидкостей больше, чем плотность газов, и меньше, чем плотность твёрдых тел. Это означает, что молекулы жидкости находятся на существенно меньших расстояниях друг от друга, чем молекулы газов. Эти расстояния сравнимы с размерами самих молекул. Силы взаимодействия между молекулами жидкости уже достаточно существенны. Поэтому свойства жидкостей определяются как характером движения молекул, так и их взаимодействием.

Расположение частиц в жидкостях имеет определённый порядок. Однако этот порядок соблюдается только на небольших расстояниях (2—3 молекулярных слоя). Поэтому говорят, что жидкостям, в отличие от твёрдых тел, свойствен ближний порядок в расположении частиц. Тепловое движение молекул жидкости подобно тепловому движению молекул твёрдого тела в аморфном состоянии. Каждая молекула в течение некоторого промежутка времени колеблется около положения равновесия, время от времени она меняет положение равновесия, скачком перемещаясь в новое положение. Это новое положение равновесия отстоит от прежнего на расстоянии порядка размера самой молекулы. Среднее время жизни молекулы около определённого положения (время «оседлой жизни») больше времени её перемещения и быстро убывает с повышением температуры.

До настоящего времени теория жидкого состояния не имеет законченного вида. В частности, не удалось получить уравнение состояния жидкости, поскольку учесть все силы взаимодействия между молекулами жидкости задача крайне сложная. Большой вклад в разработку теории жидкого состояния внёс русский учёный Яков Ильин Френкель (1894—1952). Им была разработана теория диффузии, вязкости и теплопроводности жидкости. Поскольку теория жидкого состояния сложна, количественные закономерности мы рассматривать не будем. Однако описанная выше модель жидкости позволяет объяснить ряд её свойств.

Продолжение >>>