| Главная » Файлы » РЕФЕРАТ » Барлық реферат | [ Добавить материал ] |
Сұйықтар
| 02.02.2014, 21:45 | |
6.1 Сүйықтардын қүрылымы Газдар мен кристалдар арасында аралық күй болып табылатын сүйық күйдін, осы екі күйге де тән кейбІр ортақ қасиеттері болады. Мөселен, сүйықтардың да кристал денелер тәрізді белгілі көлемі болатын болса, сонымен қатар сүйықтар газдар терізді оздері түрған ыдыстын, пішінін қабылдайды. Кристалдық күйге бөлшектердің (атомдар мен молекулалардың) ретгелген орналасуы тән болатын болса, газдарда бүл мағынада алсақ толық бей-бере-кеттік (хаос) болады деуге болады.Рентгенографиялық зерттеулердің керсеткендей, сүйықтарда бүл мағьшада да аралық күй бақыланады. Сүйықтарда белшектердің орналасуында таяу төртіп бақыланады. Бүл дегеніміз кезкелген бөлшекке қатысты онымен іргелес бөлшектердің орналасуында белгіпі тәртіп болады, олар тәртіппен орналасады дегенді біддіреді. Бірақ берілген бөлшекген алыстаған сайын басқа болшектердің оған қатысты ор-наласуындаш зандылық азая береді де, тез арада тәртіптен жүрдай боламыз. Кристалдарда алы с төртіп бар: кезкелген бөлшекке қатысты тәртіппен орналасу біршама үлкен көлемдерде бақыланады. Сүйықтарда таяу төртіптіңболуы сүйық қүрылымын квазикристал д ы қ (кристалға үқсас) деп атауға мүмкіндік береді. Алыс тәртіптің болмауынан сүйықтарда негізінен бөлшектері төртіппен орналасатын кристалдарға тән болатын анизотропия байқалмайды. Молекулалары созылыңқы болатын сүйықтарда біршама көлемде молекулалардың бІрдей бағытталуы бақыланады, осынық арқасында оптикалық жөне басқа кейбір физикалық қасиеттерінде анизотропия бақыланады. Мүндай сүйыкл тар сүйык кристалдар деп аталып кеттІ. Оларда молекулалардың бағдарлануында ғана тәртіп бар да, ал молекулалардын озара орналасуында байырғы сүйықтардағы төріздІ алыс төртіп байқалмайды. Сүйықтардық аралық қалыпта орналасуы олардың теориясын жасауды қиындатады. Сондықтан да сүйықтар теориясы, кристалдар мен газдар теориясына қарағанда нашар дамыған. Осы кезге дейІн сүйықтардың қалыптастырылған жалпылама қабылданған теориясы жоқ. Сүйық күй теориясыньщ кейбір мәселелерін шешуде Я. И. Френкель біршама еңбек атқарды. Я. И. Френкель бойынша сұйықтардағы жылулық қозғалыстын сипаты мынандай болады. ӘрбІр молекула қайсыбір уақыт аралығында белгілІ тепе-тендік қалпынық төңірегінде тербеліп түрады. Уақыт өткен сайын молекула, молекула молшеріндей қашықтыққа секіріп отіп, жана орын алып, өзінің тепе-тендік қалпының орнын өзгертеді. Сөйтіп, молекулалар белгілі қалыптарда бола отырып, сүйық ішінде тек баяу орын ауыстырып отырады екен. Я. И. Френкель көркемдеп суреттегеніндей, молекулалар сүйық ішінде көшпенділік өмір сүріп, үнемі кошіп-қонып жүреді, осы кезде олардың кысқа мерзімді көшіп-қонулары біршама үзағырақ отырықшылықпен алмасып отырады. Мұндай орынықты уақытгары түрліше болады жане оны жиі өзгеріп отырады, бірақ бір қалыпта тербеліп отыру уақыттары өрбір сүйық үшін белгілІ шамаға ие болады жөне бүл шама температура артқан кезде күрт түседі екен. Осыған байланысты температура артқан кездс молекулалардың козғалғыштығы күрт артады, ал бүл дегеніміз түтқырлығын да түсіреді деген сөз. Барлық жағынан алғанда кристалдардан гөрі сүйықтарға жақын болатын қатты денелер кездеседі. Мүнда денелер аморфтык (морт) денелер деп аталады, оларда анизотропия болмайды. Олардын, белшектерінің орналасуында сұйықтардағы тәрізді тәртіп бақыланады. Аморфтық қатты дененің сүйық күйге отуі үздіксіз өтеді, ал кристалдар болса, сүйық күйге секірмелі түрде өтеді. Осылардың барлығы аморфтық денелерді әсіре салқындатылған сүйықтар деп қарастыруға мүмкіндік береді, олардың болшектерінің қозғалғыштығы түтқырлықтын қатты артуының арқасында шектелген болады. Аморфтық қатты дененің нағыз үлгісі шыны болып табылады. Аморф-тық денелер қатарына қара майлар, битумдар және т. б. жатады. БеттІк керілу Сүйық молекулаларының бір-біріне соншалықты жакын орналасатындығынан олардың арасындағы өзара тартылыс күштері біршама болады. Өзара өрекеттесу кашықтықпен бірге тез өшетіндіктен, қайсыбір қашықтықтан бастап молекулалар арасындағы тартылу күштерін ескермеуге болады. Бүл г қашықтык молекулалар аралқ әсер радиусы деп аталады, ал радиусы r болатын сферамолекуалық әсер сферасы деп аталады. Молекулалық әсер радиусы бірнеше молекулалық эффективтік диаметр шамасында болады. ӘрбІр молекула, центрі осы молекуламен бірдей түсетін молекулалық өсер сферасы шегінде жататын взімен іргелес барлық молекулалармен өрекетге-седі. Сүйық бетінен г шамасынан артықтерендікте орналасқанмолекула үшін барлық осы күштердің тең әсе рлісі орташа есеппен нөлге тең болады Егер молекула сүйык бетінен r шамасынан кем болатын терендікте жататын болса, онда жағдай басқаша болады. Будың (немесе сүйық жанаса-тын газдың) тығыздығы сүйықтың тығыздығынан көп кішІ болатындықтан, сүЙыктан тыс шығып түрған молекулалық әсер сферасының бөлігі, сфераның басқа бөл іктерімен салыстырғанда молекулалармен азырақ қаныққан болады. Осының нәтижесінде беттік қабат-тын қалыңдығы r қабатында жататын өрбір молекулаға сүйықтьтң ішіне қарай бағытталған күш әсер ететін болады. Бүл күштің шамасы қабаттың ішкі бетінен сыртқа бетіне қарай артып отырады. Молекуланың сұйықтың терең ішінен беттік қабатқа өтуі молекулаға беттік қабатта әсер ететін күштерге қарсы теріс жүмыс атқару арқылы өтеді. Осының нэтижесінде молекуланың механикалық кинетикалық энергиясы азайып, ол потенциалдық энергияға айналады. Керісінше, молекула бетгік қабатган сұйық ішіне қарай өткенде, молекуланың бетгік қабаттағы потенциалдық энергиясы кинетикалық энергияға айналады. Сонымен, беттік қабаттағы молекуланың қосымша потенциалдық энергиясы болады екен. Тепе-тендік потенциалдық энергияның минимумына сөйкес келетін болғандықтан, өз бетінше қалдырылған сүйық минималь бет қабылдайды, яғни шар пішінін кабылдайды. Негізінен біз өз бетінше қалдырылған сүйықты емес, жердің ауырлық күші әсер ететін сүйықтармен кездесеміз. Бүл жағдайда сүйық қорытқы энергияның - ауырлық күші өрісіндегі энергия мен бетгік энергиянын минимумына сәйкес келетін пішін қабылдайды. Дененің келемі артқан кезде көлем сызықтық молшерлердіц кубы түрінде артатын болса, ал бет - олардың квадраты түрінде артады. Сондыктан де де-ненің көлеміне пропорционал болатын энергия ауырлық өрісінде беттік энер-гияға қарағанда дененің мөлшерлерімен бірге тезірек еседі. Кішігірім сүйық тамшыларында беттік энергия негізгі роль атқарады да, тамшынын пішіні сфераға жуығырақ болады. Ал үлкен сүйық тамшылары ауырлық күшінің әсерінен сығылыңқы түрде болады. Сүйықтың үлкен массалары өзі қүйылған ыдыстың пішінін қабылдайды, әрі еркін беті горизонтал болады. Беттік энергияның арқасында сүйық озінің бетін қысқартуға тырысады. Сүйық озін сьпъілуға тырысатын созылған серпімді қабыршақпен капталған секілді үстайды. Бүл қабыршақтың жоқтығы анық, беттік кабат сүйықтың өзі түзілетін молекулапардан түрады, бетгік кабатгағы молекулалар арасында да сүйықтың ішіндегі молекулалар арасындағыдай озара әрекетгесу күштері өсер етеді. Тек беттік қабаттағы молекулалардын сүйықтың ішіндегі молекулалар-мен салыстырғанда басы артық қосьшша потенциалдық энергиясы болады. Ойша сүйық бетінІн, түйықталған контурмен шектелген бөлІгін бөліп алайык. Осы учаскенің жиылуға тырысуы озімен жанасі^н учаскелерге контур бойында таралған күштермен әсер етуіне өкеп тірейді (Ньютонның ұшінші заңы бой-ынша бетгік қабаггың сыртқы учаскелері беттің қарастырылып отырған болігіне шамасы дәл осындай, бірақ бағыты оларға карама-қарсы күшгермен әсер етеді). Бұл күштер беттік керілу күштері деп аталады. Беттік керілу күштері контурдың езі түсірілген учасқесіне перпендикуляр бағытгалған. Контурдың бірлік үзындығына келетін беттік керілу күшін а деп белгілейік. Бұл шаманы беттік керілу коэффициенті деп атайды.Оны метрге келетін ньютондаомен ГСИ) өлшейлі. Жылжымалы көлденең белдегі бар тік төртбүрышты рамка сүйық қабыршағымен тартнлған. Қабыршақ деп отырғанымыз екі жағынан беттік қабатпен шектелген сүйықтың жазық жүқа көлемі болып табылады . Беттік қабаттың жиырылуының арқасында қабыршақ тараппынанан белдешекке 2аі шамасындағы күш өсер етеді. Беддешек тепе-тендікте түру үшін оған, қабыршақтың керілу күшіне, яғни 2аі шамасына тең сыртқы ғ күш түсіру керек. Енді белдешек /г күштің әсер ету бағытында өте баяу азғантаЙ ғана (һ қашыктыққа орын ауыстырсын делік. Бүл процесс кезінде белдешекке сүйық тарапынан жүмыс атқарылады: мүндағы беттік қабаттың ауданының өсімшесі. Беттің осындай үлғаюы кезінде сүйықтың Ішінен сүйық бетіне қосымша молекулалар саны қосылады, осы кезде олардың жылдамдықтары жоғалады. Сондықтан, егер процесс адиабаттық түрде өтсе, онда сүйык аздап салқындаған болар еді. Бірақ, біз процесс оте баяу (қайтымды түрде) өтеді дедік, осынын арқасында, сырттан келетін жы-лудың есебінен қабыршақтың температурасы езгеріссіз қалады. Сонымен, процесс изотермиялық түрде өтеді екен. Алынған нөтиже беттік қабапың ауданын изотермиялық түрде с/5 шамасына арттырған кезде сүйықтың еркін энергиясы шамасына арта ды дейді. Қайтымды гоотермиялық процесс кезінде атқарылатьш жүмыс еркін энер-гияның азаюына тең болады. Демек, былайша жаза аламыз: Осыдаң беттік керілу коэффициенті дегеніміздің бетгік кабаттың бірлік ауданына келетін еркін энергия екендігі шығады. Сондықтан а коэф-фициентті метрге келетін ньютондармен ғана емес, сонымен қатар квадрат метрге келетІн джоулдермен де өлшеуге болатындығы шығады. Қоспалар беттік керілу шамасына қатты өсер етеді. Мысалы, суға косыл-ған сабын ертіндІсі оның беттік керілу коэффициентін бір жарым еседей кем-ітеді. Ал суда МаСІ еріту а шамасын арпырады. Температура артқан кезде сүйық пен оның қаныққан буының айырмашы-лығы кемиді. Осыган сәйкес беттік керілу шэффициенті де кемиді. Кризистік температура кезінде а нөлге айналады. 6.3. Сүйықтың майысқан бетінің астындағы қысым Қайсы-бір жазық контурға тірелетін сүйық бетін қарастырайық . Егер сүйықтың беті жазық болмаса, онда оны жиыруға тырысу, сүйық-тың жазық бетіне өсер ететін қысымға қосымша бас артық қысымның пайда болуына әкеп тірейді. Дөңес бет жағдайында бүл косымша қысым оң (6.3,6-сурет), ал ойыс бет жағдайында-(6.3,в-сурет) теріс болады. Соңғы жағдайда беттік қабат жиырылу үстінде сүйықты созатын болады. (6.1.) болып анықталады екен. Лаплас көрсепсеңцей, жалпы жағдайда бүл формула 6.2.) Қосымша қысымның а беттІк керілу коэффициентІ және беттің қисык-тығы артқан кезде артуы тиіс екендігі түсінікті. Есептеулер көрсеткендей, қосымша қысым болып жазылады. (.62) формула Лаплас формуласы деп аталады. Мүндағы Я, жоне й2-беттіңөзараперпендикуляркималарының қисықтық радиустары. (6.2) қосымша қысым жіңішке түтіктердегі (капііппярлардағы) сұйықтың деңгейінің өзгеруін тудырады, сол себептен кейде бүл қысым капилляр-л ы қ қ ы с ы м деп аталады. 6.3.Сүйық пен қатты дененің шекарасындағы қүбылыстар Сұйықтар тәрізді қатты денелерде де бетгік керілу болады. (6.3.) Үш заттың бір мезгілде жанасуы жағдайын қарастырайық: қатты, сүйык, және газ тәрізді заттар .Бүл жағдайда система қорытқы энергия-ның (бетгік, ауырлық күші өрісі және т. б.) минимумына сәйкес келетін кон-фигурацияны қабылдайды. Осы үш затжанасатын коніур қатты дененін бет-інде, контурдың әрбір элементіне түсірілген барлық бетгік керілу күштерінің контурдың элементі қозғала алатын бағытына түсірілген проекцияларының қосындысы нолге тең болатындай түрде орналасады. , үзындыгы ΔL контур элементінің тепе-теңдік шартының төмендегідей жазылуы қажет екендігі шығады: мүндағы қатты дене—газ, қатты дене-сүйық және сүйық-газ шекараларындағы беттік керілу коэффициенттері. (6.4.) Шеттік бүрыш (6.4) ернегімен тек (6.5.) Сүйық ішІндегІ қатты дене бетіне және сүйық бетіне жүргізІлген жанама-лардың арасындағы ( бүрыш шеттік бүрыш деп аталады. (6.3) бойынша шарты кезінде гана анықталады. Егер осы шарт орыидалмайтын болса, ,9 онда бүрышының ешқандай мәні ксзінде тепе-теңдік болмайды. Бүл екі жағдайда 1) а >а + а г- & бүрышы қаншалықты аз болатын болса, да а ^, күші калған екі күштен басым болады (6.5,а-сурет). Бүл жағдай сүйық қатты дене бстіне шексіз жайылып кетеді, толық жүғу қүбылысымен істес боламыз. 2) а > а + «сг- Э бүрышы қаншалықты ж шамасына жуык болатын болса да, а с күші кдлған екі күштен артық болады (6.5-сурет). Бүл жағдай-дасүйыққаттыбетгенажырап,толық жүқпау қүбылысыбақыланады. 6.5. Капиллярлық қүбылыстар Шеттік бүрыпітың болуы ыдыстың жиегіне жуық жерде сүйық бетінің майысуына өкеп тірейді. Жіңішке түтікге (капиллярда) немесе екІ қабырға-ның арасындағы жүқа саңлауда бет түгелдей майысқан болып шығады. Егер сүйық ыдыс қабырғасына жүғатын болса, онда бет ойыс, ал егер жүқпайтын болеа, онда бет дөңес пішінде болады . Сүйықтың мүндай майыс-қан беттері менискілер деп аталады. Егер капиллярдың бір үшын кең ыдысқа күйылған еүйыққа батыратын болсақ, онда капиллярдағы сүйықтың майысқан бетінің астындағы қыеымның, ыдыстағы сүйық-тың жазық бетінің астындағы қысымнан (6.2) формуламенанықталатын Ар шамасына айырмашылығы болады. Осы-ның нәтижесінде сүйык, жүға-тын болса, оның капиллярдағы деңгейі ыдыстағы сүйық дең-гейінен артық, ал жүқпайтын кезде - төмен болады. Жіңішке түтіктердегі немесе жүқа сақлаулардағы сүйық деңгейшің өзгеруі капиллярлық деп аталып кетті. Капиллярдағы жоне кең ылыстағы сүйықтардың деңгейлерінің арасында, гидростатикалық қысым мен капиллярлық қысымды теңгерістіріп түра-тындай һ деңгейлер айырымы тағайындалады: (6.6) Бүл орнекте а-сүйық-газшекарасындағы беттік керілу коэффициент^ ал Я-менискінің қисықтық радиусы. Менискінің К қисықтық радиусын ка-пиллярдың г радиусы мен 9 шеттікбүрышыарк,ылыөрнектеугеболады: Осы лардан: (6.7) | |
| Просмотров: 2662 | Загрузок: 0 | | |
| Всего комментариев: 0 | |
