Номер 1, страница 249 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях. Параграф 7.3. Поверхностная энергия - номер 1, страница 249.

Условие.

? 1. Почему молекулы на поверхности жидкости обладают избыточной потенциальной энергией?

Решение.

? 1. Почему молекулы на поверхности жидкости обладают избыточной потенциальной энергией?

Молекулы на поверхности жидкости обладают избыточной потенциальной энергией из-за разницы в межмолекулярном взаимодействии по сравнению с молекулами, находящимися в объеме жидкости.

Молекула, расположенная в глубине жидкости, со всех сторон равномерно окружена другими молекулами. Силы притяжения, действующие на нее со стороны соседей, в среднем скомпенсированы, и их равнодействующая равна нулю. Такая молекула находится в состоянии с минимальной потенциальной энергией.

В отличие от этого, молекула в поверхностном слое имеет соседей только снизу и по бокам (внутри жидкости). Сверху, со стороны газа или пара, молекул гораздо меньше и они находятся дальше, поэтому силы притяжения с этой стороны пренебрежимо малы. В результате на каждую молекулу поверхностного слоя действует результирующая сила, направленная перпендикулярно поверхности вглубь жидкости.

Чтобы переместить молекулу из глубины на поверхность, необходимо совершить работу против этой равнодействующей силы притяжения. Эта работа, согласно определению, увеличивает потенциальную энергию молекулы. Таким образом, молекулы на поверхности имеют больший запас потенциальной энергии по сравнению с молекулами внутри объема. Эта дополнительная энергия и называется избыточной потенциальной энергией. Именно стремление жидкости уменьшить эту энергию приводит к возникновению поверхностного натяжения и принятию жидкостью формы с минимальной площадью поверхности (например, сферической).

Ответ: Молекулы на поверхности жидкости обладают избыточной потенциальной энергией, так как на них действует нескомпенсированная результирующая сила межмолекулярного притяжения, направленная внутрь жидкости. Для перемещения молекулы из объема на поверхность необходимо совершить работу против этой силы, которая и переходит в дополнительную (избыточную) потенциальную энергию.