Номер 1, страница 270 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 10. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 48. Поверхностное натяжение жидкости. Вопросы - номер 1, страница 270.

Условие.

1. Что представляет собой поверхность раздела между жидкостью и паром?

Решение.

1. Что представляет собой поверхность раздела между жидкостью и паром?

Поверхность раздела между жидкостью и ее паром — это не идеальная геометрическая плоскость, а физически существующий переходный слой, толщина которого составляет несколько межмолекулярных расстояний (обычно порядка $10^{-9}$ м). В этом слое физические свойства вещества (например, плотность) плавно изменяются от значений, характерных для жидкости, до значений, характерных для пара.

Ключевые особенности этого слоя обусловлены характером межмолекулярного взаимодействия:

1. Нескомпенсированные силы притяжения. Молекула, находящаяся в глубине жидкости, со всех сторон окружена другими молекулами, и силы притяжения, действующие на нее, в среднем уравновешивают друг друга. Молекулы же в поверхностном слое с одной стороны окружены молекулами жидкости, а с другой — молекулами пара, концентрация которых значительно ниже. Из-за этого равнодействующая сил межмолекулярного притяжения, действующая на каждую молекулу поверхностного слоя, не равна нулю и направлена внутрь жидкости, перпендикулярно поверхности раздела.

2. Избыточная потенциальная энергия. Чтобы переместить молекулу из глубины жидкости на поверхность, необходимо совершить работу против равнодействующей силы, направленной внутрь. Это означает, что молекулы поверхностного слоя обладают большей потенциальной энергией по сравнению с молекулами внутри объема жидкости. Эта избыточная энергия называется поверхностной энергией.

3. Поверхностное натяжение. Любая система стремится к состоянию с минимальной потенциальной энергией. Для жидкости это означает стремление к уменьшению площади своей поверхности, то есть к сокращению числа молекул с избыточной энергией. В результате поверхность жидкости ведет себя как упругая, натянутая пленка. Это явление называется поверхностным натяжением. Именно оно заставляет капли жидкости принимать сферическую форму (сфера имеет минимальную площадь поверхности при заданном объеме).

4. Динамическое равновесие. Поверхностный слой является ареной непрерывного движения молекул. Наиболее быстрые молекулы покидают жидкость (испарение), в то время как молекулы из пара возвращаются в жидкость (конденсация). В состоянии равновесия скорости этих двух процессов равны.

Таким образом, поверхность раздела фаз — это динамичный слой с особыми физическими свойствами, определяющими многие явления в жидкостях.

Ответ: Поверхность раздела между жидкостью и паром — это тонкий переходный слой, где молекулы обладают избыточной потенциальной энергией из-за нескомпенсированных сил межмолекулярного притяжения, направленных внутрь жидкости. Это приводит к возникновению поверхностного натяжения — стремления жидкости сократить площадь своей поверхности.