ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Молекулярная структура и внутренние движения молекул в твердых, жидких и газообразных средах из "Механика жидкости и газа " Выбор макроскопической модели сплошной текучей среды с приписанными ей теми или другими свойствами отнюдь не освобождает от необходимости хотя бы беглого ознакомления с действительной молекулярной структурой жидкостей и газов и происходящими в них внутренними движениями молекул (атомов), составляющими сущность теплового движения материи. Газы, жидкости и твердые тела имеют различные микроструктуры, вследствие чего различаются между собой и тепловые движения в них. Каждое из этих трех агрегатных состояний вещества можно охарактеризовать отношением порядков величин потенциальной энергии силового взаимодействия между молекулами и кинетической энергии их теплового движения. Это отношение зависит от плотности упаковки молекул в данной структуре, т. е. от порядка средних расстояний между молекулами. [c.12] Сложность вопроса усугубляется, главным образом, своеобразием законов межмолекулярных сил. Для электрически нейтральных молекул силовое взаимодействие между ними определяется наличием значительного отталкивания при малых расстояниях между молекулами и быстро спадающего притяжения между ними на больших расстояниях. Сообразно этому, в сравнительно плотных молекулярных структурах, соответствующих твердому агрегатному состоянию вещества, потенциальная энергия взаимодействия молекул значительно превосходит кинетическую энергию их теплового движения. [c.12] Молекулярная структура в твердом теле определяется сильным взаимодействием между молекулами, приводящим к колебаниям их около неподвижных центров, совпадающих с равновесными положениями молекул под действием силовых полей, образованных системой молекул. Эти неподвижные в пространстве положения равновесия являются устойчивыми. Они могут образовывать правильную, периодическую систему, что соответствует кристаллической решетке, свойственной микроструктуре кристаллических твердых тел, либо хаотически разбросаны в случае аморфного их состояния. В последнем случае из-за потери устойчивости возникает тенденция к переходу аморфной структуры в кристаллическую. Однако продолжительность этого перехода оказывается настолько значительной, что фактически наблюдаются как кристаллические, так и аморфные состояния твёрдых тел. Характерные свойства молекулярной (атомной) структуры твердого тела сохраняются по всей его протяженности, что позволяет говорить о наличии в этой структуре как ближнего, так и дальнего порядков. [c.12] Такой упорядоченной структуре, представляющей предельный случай среды с сильным взаимодействием образующих ее молекул (атомов), можно противопоставить другой крайний случай — газообразную среду с молекулами, находящимися друг от друга на столь больших расстояниях, что силы взаимного притяжения между ними пренебрежимо малы. В этом случае основное значение приобретает кинетическая энергия теплового движения, которое можно рассматривать как хаотическое движение свободных молекул, сопровождаемое их столкновениями друг с другом. Ни о какой неподвижной молекулярной структуре здесь речи быть [не может. [c.12] Отсутствие силового взаимодействия между молекулами лишает газовую среду как ближнего, так и дальнего порядков. [c.13] Указанные две крайние по своим свойствам — твердая и газообразная — структуры хорошо изучены и составляют соответственно предметы специальных курсов теоретической физики физики твердого тела, кинетической теории газов и статистической механики. [c.13] Основная сложность заключается в том, что в жидкостях потенциальная энергия молекулярного взаимодействия сравнима по порядку с кинетической энергией теплового движения. Наличие влияния этого взаимодействия сказывается на индивидуальном, зависящем от химического строения молекул характере внутренней структуры жидкостей, чего нет в газах, но что еще в большей степени сказывается в твердых телах. По современным представлениям, жидкости обладают весьма своеобразной структурой, приближающей их к аморфным состояниям твердых тел. [c.13] В молекулярной структуре жидкостей имеется ближний порядок, но отсутствует дальний. Это выражается в том, что расположение молекулы жидкости среди соседних молекул определяется ее силовым взаимодействием с ближними молекулами и практически не зависит от взаимодействия с дальними, которое быстро ослабевает, подобно тому, как это имеет место в газах. Такой ближний порядок сохраняется для всех молекул и определяет своеобразие теплового движения в жидкостях, сближающее их с аморфными твердыми телами. Молекулы жидкости совершают колебательные движения в пределах расстояний до своих ближних молекул с частотой, близкой по порядку к частоте колебаний молекул в твердых кристаллических решетках. Однако в жидком агрегатном состоянии центры этих колебаний уже не являются неподвижными, а мигрируют хаотически в покоящейся жидкости и в направлении макроскопического движения — в текущей жидкости. [c.13] Наличие сильного взаимодействия между молекулами в твердом — кристаллическом или аморфном — состоянии вещества, сохраняющего существенную роль в жидком состоянии, придает их макроскопическим свойствам большее разнообразие, чем в случае газообразного состояния. В частности, формы проявления такого основного макроскопического свойства, как текучесть, настолько различны у разных жидкостей, что это составило, как уже упоминалось ранее, предмет специального раздела механики сплошных сред, представляющего наиболее общее учение о текучести, — реологии (от греческих слов peo — течь и Яоуост — учение). Если для газов можно довольствоваться одним, общим для всех газов законом вязкости Ньютона, то в жидкостях этот закон дополняется большим числом других реологических законов, учитывающих вязкоупругие, вязкопластические, тиксотропные и многие другие свойства, присущие так называемым аномальным , отличным от ньютоновских, жидкостям (см. далее 75). [c.13] Удовольствуемся этими краткими качественными представлениями. Некоторые количественные данные по макроскопическим свойствам жидкостей и газов будут приведены далее по ходу изложения. За более подробными сведениями по молекулярной структуре и тепловым движениям вещества в различных агрегатных состояниях адресуем к весьма содержательным и доступным для неспециалистов статьям в физическом энциклопедическом словаре ). [c.14] Вернуться к основной статье