Условию F\ = /2 = 2cd соответствует равновесие между пленкой и внешней силой. Таким образом, величина а может рассматриваться не только как удельная поверхностная энергия, но одновременно и как сила, приложенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность, и направленная вдоль этой поверхности перпендикулярно к контуру (для пленки на рис. I-1 роль части контура выполняет подвижная перемычка). Соответственно величину а выражают в мДж/м2 и мН/м.

Для жидкостей поверхностное натяжение численно равно удельной свободной поверхностной энергии. Для твердых тел дело обстоит сложнее, поскольку для них, как правило, не удается осуществить обратимое изменение площади поверхности раздела фаз без изменения структуры. В некоторых случаях, например при рассмотрении явлений смачивания (см. § 1.4), величину, численно равную удельной поверхностной свободной энергии, можно рассматривать как силу поверхностного натяжения, действующую вдоль поверхности. Вместе с тем, в некоторых работах по физике твердого тела поверхностным натяжением твердых тел называют совсем другую величину (которую было бы правильнее называть избыточным поверхностным напряжением), связанную с действующими в поверхностных слоях механическими напряжениями.

Действие поверхностного натяжения можно наглядно представить в виде совокупности сил, стягивающих края поверхности, ограниченной контуром, к центру. Эти силы изображены на рис. 1-2 стрелками-векторами; длина стрелок отражает величину поверхностного натяжения, а расстояние между ними соответствует принятой единице длины этого контура.

Если перейти на молекулярный масштаб рассмотрения строения поверхности, то следует иметь в виду, что поверхность раздела жидкость — пар находится в непрерывном тепловом движении: к поверхности прилипают прилетающие из паровой фазы молекулы и от нее отрываются молекулы, уходя в пар, причем в условиях равновесия частота и тех и других событий одинакова. Нетрудно показать, что время жизни молекулы воды до ее перехода в пар составляет около 10~5 с. Наряду с этим тепловое движение ведет к возникновению колебаний поверхности различной частоты и амплитуды, такие колебания рассмотрены Мандельштамом и затем Френкелем (см. подробнее гл. VI).

Полное описание строения поверхности раздела фаз жидкость — пар является сложной и до конца еще не решенной задачей молекулярной физики; можно, однако, сопоставить макроскопические характеристики, прежде всего поверхностное натяжение, с усреднен-

Copyright © 2007-2012 Zomber.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Решить химию