Расстояние, на котором силами притяжения между молекулами можно пренебречь, называется радиусом молекулярного действия r, а сфера радиуса r — сферой молекулярного действия.

Рассмотрим две ситуации.

1.Молекула полностью внутри жидкости.

Как показано на рисунке слева, на выделенную произвольную молекулу А действуют силы со стороны только тех молекул, которые находятся внутри сферы молекулярного дейст­вия с радиусом – r. Эти силы направлены в разные стороны, в среднем скомпенсированы, и поэтому их результирующая величина будет равна нулю.

2. Молекула в поверхностном слое жидкости.

Молекула В, расположена от поверхности на расстоя­нии, меньшем r, то есть сфера молекулярного действия лишь частично расположена внутри жидкости. Силы, дейтсвующие на молекулу В,не скомпенсированы. Их равнодейст­вующая и направлена внутрь жидкости.

Таким образом, результирующие силы всех молекул поверхностного слоя оказывают на жидкость давление, называемое молекулярным (или внутренним).

Энергия, которой обладают молекулы в поверх­ностном слое жидкости, называемая поверхностной энергией, пропорциональна площа­ди слоя DS:

, (1)

где коэффициент пропорциональности – s называется поверхностным натяжением.

Идеализируя, поверхностный слой жидкости можно уподобить растяну­той упругой пленке, в которой действуют силы натяжения (рисунок слева!).

Рассмотрим поверхность жидкости с формой замкнутого контура в в поперечном сечении.

Под действием сил поверхностного натяжения рассматриваемый контур переместился в положе­ние, отмеченное пунктиром.

Силы, действующие со стороны выделенного участка на граничащие с ним участки, совершают работу

, (2)

где f — сила поверхностного натяжения, действующая на единицу длины контура поверхности жидкости.

Эта работа совершается за счет уменьшения поверхностной энергии, т. е.

. (3)

Из (3) следует, что поверхностное натяжение s равно силе поверхностного натяжения , приходящейся на единицу длины контура, ограничивающего поверхность.

Единица поверхностного натяжения — [Н/м] или [Дж/м²] .

Большинство жидкостей при температуре 300 Кимеет поверхностное натяжение порядка 10^–2—10^–1 Н/м. Поверхностное натяжение с повышением тем­пературы уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости.

Поверхностное натяжение существенным образом зависит от примесей, имеющихся в жидкостях. Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение жидкости, называются пoвеpxностно-активными. Наиболее известным поверхностно-активным веществом по отношению х воде является мыло. Оно сильно уменьшает ее поверхностное натяжение (примерно с 7,5 •10^–2 до 4,5 • 10^–2 Н/м). Поверхностно-активными веществами, пони­жающими поверхностное натяжение воды, являются также спирты, эфиры, нефть и др.

Существуют вещества (сахар, соль), которые увеличивают поверхностное натяжение жидкости благодаря тому, что их молекулы взаимодействуют с молекулами жидкости сильнее, чем молекулы жидкости между собой. Например, если посолить мыльный раствор, то в поверхностный слой жидкости выталкивается молекул мыла больше, чем в пресной воде. В мыловаренной технике мыло «высаливается» этим способом из раствора.

В заключение несколько слов о физической сущности смачивания.

Из практики известно, что капля воды растекается на стекле, в то время как ртуть на той же поверхности превращается в несколько сплюснутую каплю.

В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность, во втором — не смачивает ее.

Для смачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем силы притяжения между молекулами самой жидкости, и жидкость стремит­ся увеличить поверхность соприкосновения с твердым телом.

Для несмачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами жидкости, и жидкость стремится уменьшить поверхность своего соприкосновения с твердым телом.