Термодинамика поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение.

y

В отличие от газов потенциальная энергия взаимодействия в жидкостях играет более существенную роль, то есть, между молекулами существенны силы поверхностного натяжения. Когда молекула находится внутри жидкости, на нее действуют силы притяжения и отталкивания со стороны других молекул жидкости. Если молекула находится на поверхности жидкости, то соседи на близком расстоянии находятся только с одной стороны. Благодаря действию сил притяжения, молекулы поверхностного слоя находятся на более близком расстоянии к молекулам приповерхностного слоя. При этом молекулы приповерхностного слоя под двойным воздействием сил притяжения молекул поверхностного слоя и более нижнего слоя расходятся в продольном направлении друг от друга, и поэтому находятся в продольном направлении на большем расстоянии, чем другие молекулы, поэтому между молекулами приповерхностного слоя действуют вдоль поверхности жидкости силы притяжения.

Из-за того, что молекулы поверхностного слоя и приповерхностного находятся ближе друг к другу, возникает потенциальный барьер и для того, чтобы молекулу переместить из внутренних слоев жидкости на поверхность необходимо затратить дополнительную работу против этого потенциального барьера. Поэтому поверхностный слой обладает потенциальной энергией. Эта энергия пропорциональна площади поверхности жикости.

Работа, которую нужно совершить, чтобы изотермически и квазистатически увеличить поверхность жидкости на единицу при сохранении ее объема неизменным, называется коэффициентом поверхностного натяжения, где Σ – площадь поверхности. Изотермическая работа равна убыли свободной энергии системы, поэтому эта работа идет на увеличение свободной энергии жидкости, поэтому. Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения можно определить как свободную поверхностную энергию жидкости, приходящуюся на единицу поверхности жидкости. Можно дать так же силовое определение коэффициента поверхностного слоя как сила, действующая на единицу длины поверхности жидкости

По первому началу термодинамики. Работа, совершаемая над пленкой жидкости, идет на увеличение поверхности жидкости, поэтому работа совершаемая жидкостью и. Свободную энергию выразим через внутреннюю энергию и энтропию, поэтому или. Отсюда, и следовательно,. Подставим сюда. Поверхностное натяжение не зависит от площади, но зависит от температуры, поэтому. Если пленка раширяется изотермически, то ей надо сообщить теплоту. Теплота, сообщенная единице поверхности пленки при изотермическом расширении,. Величина q называется теплотой образования единицы поверхности пленки.

Дата добавления: 2014-01-04