Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
3°. Точкой росы называется температура, при которой водяные пары, не насыщавшие ранее воздух, становятся насыщающими. Зная температуру воздуха и определив точку росы, рассчитывают влажность воздуха. При этом используется таблица давления насыщенного водяного пара при различных температурах.
Задача. Температура воздуха в комнате 20 °С, относительная влажность воздуха 60%. При какой температуре воздуха за окном начнут запотевать оконные стекла?
Дано: U=20 °С, /-=60%.
6.1. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ JuJ
Найти: t2-
Решение: Относительная влажность г=р/ра, где р — давление водяных паров, находящихся в воздухе, ря — давление водяных паров, насыщающих пространство при данной температуре.
При 2O0C давление насыщающего пара рн=17,5 мм рт. ст. (по таблице). Давление р=рнг, или /?=17,5-0,6= = 10,5 мм рт. ст.
Конденсация паров начнется при той температуре воздуха, для которой давление р будет соответствовать давлению пара, насыщающего пространство. Из таблицы находим, что давлению р=10,5 мм рт. ст. соответствует *у=12 0C
Глава 6
СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ *)
6.1. Энергия поверхностного слоя и поверхностное натяжение жидкостей
1°. На поверхности жидкости, вблизи границы, разделяющей жидкость и ее пар, молекулы испытывают межмолекулярное взаимодействие не такое, как молекулы, находящиеся внутри объема жидкости .
Молекула 1, окруженная со всех сторон другими молекулами той же жидкости, испытывает в среднем одинаковые силы притяжения (11.1.4.3°) ко всем своим соседям. Эти силы в среднем взаимно компенсируют друг друга, и их равнодействующая равна нулю (рис. 11.6.1). Молекула 2 испытывает меньшее притяжение вверх со стороны молекул пара и большее притяжение вниз со стороны молекул жидкости. На рис. 11.6.1 силы притяжения молекулы 2 к молекулам пара показаны штрихами. В результате на молекулы, расположенные в поверхностном слое, действует
*) Сведения о строении и тепловом движении в жидкостях см. 11.1.6.7°, 8°, о тепловом расширении жидкостей — 11.7.3.3°,
Рис. II.6.1
1С2
отдел II. гл. 6. свойства жидкостей
направленная вниз равнодействующая R сил, которую принято относить к единице площади поверхностного слоя.
2°. Для перенесения молекул из глубины объема жидкости в ее поверхностный слой необходимо совершить работу на преодоление силы R (п. Г). Эта работа идет на увеличение поверхностной энергии. Так называется избыточная потенциальния энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое по сравнению с их потенциальной энергией внутри остального объема жидкости.
Для того чтобы изотермически увеличить поверхностный слой жидкости за счет молекул, находящихся в ее объеме, необходимо совершить работу А, равную
A = (ns-nv)N,
где IJ8— потенциальная энергия одной молекулы в поверхностном слое, Пу — потенциальная энергия молекулы в объеме жидкости, JV — число молекул в поверхностном слое жидкости.
3°. Коэффициентом поверхностного натяжения (или поверхностным натяжением) жидкости называется работа, необходимая для изотермического увеличения площади поверхности жидкости на одну единицу:
а = 15 = - 77 v) 4 = (77*-77 у)
где п — число молекул на единице площади поверхности жидкости.
Если поверхность жидкости ограничена периметром смачивания (11.6.2.1°), то коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины периметра смачивания и направленной перпендикулярно к этому периметру:
F
O = J,
где / — длина периметра смачивания, F — сила поверхностного натяжения, действующая на длине / периметра смачивания. Сила поверхностного натяжения лежит в плоскости, касательной к поверхности жидкости.
4°. Сокращение площади поверхности уменьшает ее поверхностную энергию. Условием устойчивого равновесия жидкости, как и любого тела, является минимум потенциальной поверхностной энергии (1.4.3.4°). Это значит, что в отсутствие внешних сил жидкость должна иметь при
6.2. смачивание. капиллярные явления
163
заданном объеме наименьшую площадь поверхности и принимает форму шара.
5°. С повышением температуры жидкости и приближением ее к критической, при Т-+Тк^ (11.5.5.3°), коэффициент поверхностного натяжения а->0. Вдали от Ткр коэффициент а линейно убывает при возрастании температуры. Для уменьшения поверхностного натяжения жидкости к ней добавляются специальные примеси, которые располагаются на поверхности и уменьшают поверхностную энергию (поверхностно-активные вещества, ПАВ): мыло, жирные кислоты ит. п.
6.2. Смачивание. Капиллярные явления *)
1°. На границе соприкосновения твердых тел с жидкостями наблюдаются явления смачивания, состоящие в искривлении свободной поверхности жидкости около твердой стенки сосуда. Поверхность жидкости, искривленная на границе
а о
Рис. II.6.2
с твердым телом, называется мениском. Линия, по которой мениск пересекается с твердым телом, называется периметром смачивания.
2°. Явление смачивания характеризуется краевым углом д между поверхностью твердого тела и мениском в точках их пересечения, т. е. в точках периметра смачивания. Жидкость называется смачивающей твердое тело, если краевой угол острый 0^{}<я/2 (рис. П.6.2, а). Например, вода смачивает чистое стекло, ртуть смачивает цинк. Для жидкостей, не смачивающих твердое тело, краевой угол тупой: я/2<С&<я (рис. 11.6.2, б). Например, вода не смачивает
