Особенности молекулярного строения жидкостей
Обычные жидкости изотропны, структурно они являются аморфными телами. Для внутреннего строения жидкостей характерен ближний порядок в расположении молекул (упорядоченное расположение ближайших частиц). Расстояния между молекулами невелики, силы взаимодействия значительны, что приводит к 1 малой сжимаемости жидкостей: небольшое уменьшение расстояния между молекулами вызывает появление больших сил межмолекулярного отталкивания.
Подобно твердым телам, жидкости мало сжимаемы и обладают большой плотностью, подобно газам, принимают форму сосуда, в котором находятся. Такой характер свойств жидкостей связан с особенностями теплового движения их молекул. В газах молекулы движутся беспорядочно, на малых отрезках пути — поступательно, в расположении частиц отсутствует какой-либо порядок. В кристаллических телах частицы колеблются около определенных положений равновесия — узлов кристаллической решетки. По теории Я. И. Френкеля молекулы жидкости, подобно частицам твердого тела, колеблются около положений равновесия, однако эти положения равновесия не являются постоянными. По истечении некоторого времени, называемого временем «оседлой жизни», молекула скачком переходит в новое положение равновесия на расстояние, равное среднему расстоянию между соседними молекулами.
Вычислим среднее расстояние между молекулами жидкости. Можно мысленно представить весь объем жидкости разделенным на небольшие одинаковые кубики с ребром 8. Пусть в среднем в каждом кубике находится одна молекула. В этом случае 5 можно рассматривать как среднее расстояние между молекулами жидкости. Объем жидкости равен V = δ3N, где N — общее количество молекул жидкости. Если n — концентрация молекул (количество молекул в 1 м3), то N = nV. Из этих уравнений получаем
 |
Порядок величины 5 составляет 10 -10 м, например, для воды δ= 3 • 10-10 м.
Среднее время «оседлой жизни» молекулы называют временем, релаксации τ. С повышением температуры и понижением давления время релаксации сильно уменьшается, что обусловливает большую подвижность молекул жидкости и меньшую ее вязкость.
 |
Для того чтобы молекула жидкости перескочила из одного положения равновесия в другое, должны нарушиться связи с окружавшими ее молекулами и образоваться связи с новыми соседями. Процесс разрыва связей требует затраты энергии Еа (энергии активации), выделяемой при образовании новых связей. Такой переход молекулы из одного положения равновесия в другое является переходом через потенциальный барьер высотой Еа. Энергию для преодоления потенциального барьера молекула получает за счет энергии теплового движения соседних молекул. Зависимость времени релаксации от температуры жидкости и энергии активации выражается формулой, вытекающей из распределения Больцмана (см. § 2.4).
Где τ0 — средний период колебаний молекулы около положения равновесия.
 |
Зная среднее перемещение молекулы, равное расстоянию между молекулами δ, и среднее время τ, можно определить среднюю скорость движения молекул в жидкости:
Эта скорость мала по сравнению со средней скоростью движения молекул в газе. Так, например, для молекул воды она в 20 раз меньше, чем для молекул пара при той же температуре.
Дата добавления: 2015-03-03; просмотров: 1451;