СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

Важными свойствами жидкостей, которые определяются их молекулярным составом и строением, являются вязкость и текучесть.

Вязкость жидкостей есть свойство, аналогичное внутреннему трению в газах, и относится к «явлениям переноса», происходящим в жидкой среде. Вязкость различных жидкостей оценивается коэффициентом вязкости , от которого зависит сила трения между двумя соседними слоями жидкости при их относительном движении:

где градиент скорости; поверхность трения. Коэффициент внутреннего трения газов с уменьшением температуры уменьшается (пропорционально скорости молекул, т. е. квадратному корню от температуры), тогда как коэффициент вязкости жидкостей при охлаждении возрастает приблизительно по экспоненциальному закону:

где постоянная Больцмана; энергия перехода молекул из одного положения равновесия в другое. Большое значение имеет сильное возрастание вязкости жидкостей при охлаждении до температур, близких к температуре затвердевания, что будет рассматриваться в следующем параграфе.

Текучесть жидкостей оценивается величиной, обратной коэффициенту вязкости. Текучесть и вязкость обусловлены той свободой движения молекул в объеме жидкости, которая еще допускается силами сцепления между ними. В отличие от твердых тел молекулы жидкости не связаны между собой «жестко»; каждая молекула, совершая беспорядочное тепловое движение, одновременно изменяет свое расположение относительно «соседей» и с течением времени перемещается в объеме сосуда.

Несколько упрощая, можно представить себе, что молекулы жидкости совершают колебательное движение вокруг временных положений равновесия. Побывав в окрестности одного положения равновесия некоторое малое время молекула затем «перескакивает» в другое место и совершает колебательное движение вокруг нового положения равновесия в течение такого же короткого времени и т. д. Время

пребывания молекулы «в одном месте» иногда образно называют временем «оседлой жизни» молекулы. В течение этого времени молекула находится под действием упругих сил, связывающих и удерживающих ее окрестности данной точки. Если время действия внешних сил, приложенных к жидкости, меньше, чем то для того, чтобы вызвать деформацию жидкости, т. е. сместить одни молекулы жидкости относительно других, необходимо преодолеть упругие силы, связывающие между собой молекулы жидкости (при сближении молекул появляются силы отталкивания, при удалении — силы притяжения). Поэтому жидкости по отношению к кратковременно действующим силам ведут себя как упругое твердое тело. Если же время действия внешних сил значительно больше то молекулы успевают сместиться друг относительно друга (во время их «перескакивания» из одних положений равновесия в другие); в этом случае деформация жидкости происходит за счет теплового движения молекул, без преодоления упругих сил, которые препятствовали бы этой деформации.

Можно утверждать, что чем больше время пребывания молекул жидкости «в одном месте», т. е. время их «оседлой жизни», тем больше вязкость и меньше текучесть жидкости. В пределе, когда делается равным бесконечности, т. е. когда молекулы вещества оказываются «привязанными» к определенным местам объема и могут совершать в этих местах только колебательные движения, то в этом случае вещество находится в твердом состоянии.

Рассмотрим действие молекулярных сил, приложенных к какой-нибудь молекуле, находящейся внутри жидкости. На эту молекулу действуют главным образом соседние молекулы, расположенные в ее ближайшей окрестности, так как молекулярные силы очень быстро убывают с увеличением расстояния. Равнодействующая всех сил приложенных к этой молекуле, близка к нулю; она может быть в точности равна нулю, если окружающие молекулы будут расположены относительно данной молекулы совершенно симметрично и на равных расстояниях. Однако неизбежное изменение в относительном расподожении соседних молекул вследствие их теплового движения (а также движения самой рассматриваемой молекулы) делает эту сумму отличной от нуля. Таким образом, каждая молекула жидкости все время движется под действием равнодействующей силы быстро меняющейся со временем по величине и направлению. Эта равнодействующая направлена в ту сторону, где имеется большая концентрация молекул или ближе расположены соседние молекулы. Следовательно, молекулярные силы взаимного притяжения способствуют концентрации молекул. Однако по мере сближения молекул силы взаимодействия между ними сначала возрастают, а затем уменьшаются до нуля (см. ч. II, § 2); на очень малых расстояниях молекулы начинают отталкивать друг друга. В жидком состоянии молекулы, вещества находятся в среднем на расстояниях, когда начинают действовать силы отталкивания. Этим объясняется слабая сжимаемость жидкостей: для того чтобы преодолеть силы отталкивания между молекулами и вызвать заметное изменение объема жидкости, необходимо применять очень высокие давления.