Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
где р — давление, v — средний объем, приходящийся на одну частицу жидкости, k — постоянная Больцмана, T — термодинамическая температура.
Средняя энергия (E), приходящаяся на одну частицу,
Явный вид функции р = p{v, Т) определяется видом функций Щг) и СЦг).
4°. Молекулы жидкости совершают тепловые колебания около положений равновесия со средней частотой і/Tq, близкой к частотам колебаний атомов в кристаллах, и амплитудой, определяемой «свободным объемом», предоставленным молекуле ее соседями. По истечении времени I > T0 эти положения равновесия
смещаются на расстояния порядка IO-10 м. Среднее (по совокупности большого числа молекул) время (т), называемое временем релаксации, является характерным
dN = 4лn0G(r) г2 dr,
N
о
(E) = I kT + ^ J C/(r) G(r) г2 dr.
о
288
11.8. ЖИДКОСТИ
временем, связанным с перемещением частиц жидкости на расстояния б, по порядку величины равные среднему расстоянию между соседними молекулами:
± = LM-
по У NaP ’
где (Д. — молярная масса, р — плотность жидкости, Na —-постоянная Авогадро. Для воды (8) ~ 3 ¦ 10 10 м.
Эти перемещения совершаются не непрерывно, а в виде активированных скачков с преодолением потенциального барьера высотой W (энергия активации). Энергия W обусловлена связью молекулы с соседними частицами. Продолжительность (т) «времени оседлой жизни» молекулы во временном положении равновесия уменьшается с ростом температуры по закону
<T>~eW(fcr),
где k — постоянная Больцмана.
Время (т) связано со средней скоростью (и) теплового перемещения молекул в жидкости:
5°. Представления о характере теплового движения молекул жидкости объясняют основное свойство жидкости — ее текучесть. Постоянная внешняя сила F, действующая на жидкость, приводит к преимущественной направленности скачков частиц жидкости вдоль направления действия силы. Следствием этого является поток частиц вдоль направления действия силы, т. е. текучесть. Мерой текучести жидкости служит
величина і , где г] — коэффициент вязкости. Если
внешняя сила F переменна, но ее период T 'S> (т), то по-прежнеіяу имеет место поток частиц жидкости, и ее текучесть. Если T {т), то механизм текучести не успевает проявиться, и жидкость испытывает упругие деформации не только типа растяжения — сжатия, но и сдвиговые деформации, связанные с касательными напряжениями в жидкости.
11.8.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
289
6°. Целый ряд фактов свидетельствует о сходстве жидкостей с твердыми телами. Рентгеноструктурный анализ показывает, что расположение частиц в жидкостях при температурах, близких к температуре кристаллизации, не является хаотическим. Рентгенограммы жидкостей при невысоких температурах сходны с рентгенограммами поликристаллических твердых тел. Жидкость можно рассматривать как тело, QOCTOHinee из очень большого числа беспорядочно ориентированных кристалликов субмикроскопических размеров (сибо-токсические области). В пределах каждой из таких областей относительное расположение частиц сохраняет достаточную правильность.
7°. Многие физические свойства жидкостей мало отличаются от свойств твердых тел. Так, кристаллические тела обладают малой текучестью, проявляющейся в их пластической деформации. При плавлении твердых тел относительное увеличение их объема ~ 10%. Следовательно, расстояния между частицами возникающей жидкости почти не меняются по сравнению с расстояниями между частицами в твердом теле, и в расположении частиц жидкости сохраняется некоторое сходство с расположением частиц в твердом теле. Сравнение теплот плавления и испарения показывает, что теплота испарения в 30—40 раз больше теплоты плавления. Это также свидетельствует о малости изменений расстояний между частицами вещества при его переходе из кристаллического состояния в жидкое. Теплоемкость тел почти не изменяется при их плавлении.
8°. Жидкости разделяют на неассоциированные и ассоциированные. Первые имеют малые значения относительной диэлектрической проницаемости є, не зависящие от температуры; дипольные моменты их молекул равны нулю (гексан, бензол и др.). Вторые обладают большой полярностью, их молекулы имеют ~r Tf 0, а є зависит от температуры (вода, спирты и др.). В ассоциированных жидкостях образуются комплексы из значительного числа молекул. Значение є для жид-.остей изменяется от 2 (неполярные углеводороды) до 81 (вода).
9°. В жидкостях в случае нарушения пространственной однородности плотности, температуры или скорости упорядоченного движения возникают явления переноса, подчиняющиеся тем же дифференциальным
10 1лк 2940
290
11.8. ЖИДКОСТИ
уравнениям, что и соответствующие явления в газах. Однако выражения коэффициентов переноса для газов неприменимы к жидкостям.
При высоких температурах, близких к критической, возникновение внутреннего трения в жидкостях связано с переносом молекулами импульсов. При температурах, близких к температуре плавления (затвердевания), импульс отдельной молекулы колеблется соответственно колебаниям частиц около их временного положения равновесия. При низких температурах вязкость жидкостей изменяется по закону
