- ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
- ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
-
термодинамич. характеристика поверхности раздела 2 фаз (тел), определяемая работой обратимого изотермич. образования единицы площади этой поверхности. Измеряется в Дж/м2 или Н/м. В случае жидкой поверхности раздела П. н. можно рассматривать также как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объемах фаз. П. н. на границе 2 конденсированных фаз обычно наз. межфазным натяжением. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул в-ва из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю (как в объёме тела) и направлена внутрь той фазы, в к-рой силы сцепления больше. Т. о.. П. н.— мера некомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое, или избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах фаз. Для подвижных жидкостей П. н.— величина, тождественно равная свободной поверхностной энергии.Благодаря П. н. жидкости при отсутствии внеш. воздействий принимают форму шара (миним. поверхность и миним. значение свободной поверхностной анергии). П. н. не зависит от величины и формы поверхности, если объёмы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул. При повышении темп-ры, а также под воздействием поверхностно-активных веществ оно уменьшается. Расплавы металлов имеют наибольшее среди жидкостей П. н. (у Pt при 2300 К П. н. равно 1820 дин/см, у Hg при комнатной темп-ре — 484 дин/см).На легкоподвижных границах жидкость — газ (пар) или жидкость — жидкость П. н. можно измерить, напр., по массе капли, отрывающейся от конца вертикальной трубки (сталагмометра); по величине макс. давления, необходимого для продавливания в жидкость пузырька газа; по форме капли, лежащей на поверхности, и т. д. Эксперим. определение П. н. тв. тел затруднено тем, что их молекулы (атомы) лишены возможности свободно перемещаться. Исключение составляет пластическое течение металлов при температурах, близких к точке плавления. Вследствие анизотропии кристаллов П. н. на разных гранях кристалла различно. Понятия П. н. и свободной поверхностной энергии для тв. тел не тождественны. Дефекты кристаллич. решётки, гл. обр. дислокации, рёбра и вершины кристаллов, границы зёрен поликристаллич. тел, выходящие на поверхность, вносят свой вклад в свободную поверхностную энергию. П. н. тв. тел обычно определяют косвенно, исходя из межмолекулярных и межатомных взаимодействий. Величиной и изменениями П. н. обусловлены мн. поверхностные явления (см. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ).
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
- ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
-
(межфазноенатяжение) - механич. и термодинамич. характеристика межфазной поверхности, <определяемая межмолекулярными взаимодействиями и структурой поверхностногослоя. Механически П. н. (
Н/м) определяется по аналогии со средним (гидростатич.) напряжением какполовина следа двумерного тензора избыточных поверхностных напряжений (тензоранатяжений)
отнесённого к нек-рой геом. разделяющей поверхности с координатой z0 между соприкасающимися фазами 
и 
:
где
- обычный тензор напряжений, зависящий в поверхностном слое от нормальнойк поверхности координаты z. При равновесии изотропных макрофаз, <напр. жидкости и газа, величина 
не зависит от положения разделяющей поверхности. Термодинамически 
определяется как работа обратимого образования единицы площади новой поверхностипутём растяжения старой. Аналогичная работа 
(Дж/м 2) образования поверхности разрезанием тела, часто такженазываемая П. н., имеет смысл уд. свободной поверхностной энергии для чистойжидкости и уд. поверхностного большого термодинамич. потенциала - для многокомпонентнойжидкой смеси (в случае твёрдого тела 
- поверхностная плотность нек-рой ф-ции, обладающей свойством свободнойэнергии по отношению к малоподвижным компонентам кристаллич. структурыи большого термодинамич. потенциала по отношению к легкодиффундирующимкомпонентам). Тензор натяжений 
тензор деформации 
(см. Деформация )и 
связаны изотермич. соотношением 
а при наличии изотропии
( А - площадь межфазной поверхности).Для жидкостей
что свидетельствует о наличии реальной тангенциальной стягивающей силывдоль поверхности. Наиб. П. н. имеют расплавы металлов (напр., Pt при 2300К обладает 
= 1,820 Н/м). Для твёрдых тел диффузионное равновесие между поверхностьюи объёмом устанавливается медленно, поэтому 
причём 
а 
можетиметь любой знак (по имеющимся оценкам, у ионных кристаллов 
< 0).
Связь П. н. с др. параметрами состояниядаётся ур-нием адсорбции Гиббса (см. Поверхностные явления). У чистыхвеществ П. н. снижается с ростом темп-ры. Повышение давления приводит куменьшению П. н. при заметной взаимной растворимости фаз и к возрастаниюП. н. в противоположном случае (напр., в системе вода - гелий). Присутствиевеществ с положительной адсорбцией вызывает снижение П. н. (наиб. эффектдают поверхностно-активные вещества), а с отрицательной (характерной, <напр., для неорганич. солеи в воде) - повышение П. н. Вдали от критич. <точки гравитац. поле практически не изменяет П. н. Влияние внеш. электрич. <поля существенно зависит от наличия в поверхностном слое спонтанной поляризации(характерной для воды и полярных жидкостей) и поверхностного электрич. <потенциала. Если радиус кривизны поверхности много больше эфф. толщиныповерхностного слоя, П. н. практически не зависит от формы поверхности. <При достаточном уменьшении размера фазы эта зависимость появляется, причёмП. н. определяется знаком кривизны поверхности: для капель чистой жидкостиуменьшается, а для пузырьков - возрастает с уменьшением их радиуса. Приналичии искривлённой поверхности П. н. оказывает влияние и на состояниевнутр. объёмной фазы: повышаются её давление и химические потенциалы, давлениеравновесного пара (см. Кельвина уравнение), растворимость, меняетсятемп-pa фазового перехода.
П. н. жидкостей обусловливает широкийкруг капиллярных явлений. В основе всех методов измерения П. н. <лежит закон Лапласа. При помощи спец. таблиц можно определить П. н. поформе мениска у плоской стенки, форме капли (лежащей или висящей) или еёэкстремальным параметрам, по высоте капиллярного поднятия, по силе удержанияконтакта с поверхностью жидкости или отрыва от неё пластинки, кольца, цилиндра, <конуса или шара, по натяжению жидкой плёнки, по размеру и весу падающихкапель, по макс. давлению в пузырьке, по капиллярным волнам. Изметодов измерения динампч. П. н. наиб. известен метод осциллирующей струп. <Для измерения очень малых П. н. на границе жидкость - жидкость, характерных, <напр., для окрестности критпч. состояния, используется метод вращающейсякапли. П. н. малых зародышей новой фазы можно определить по скорости ихобразования. П. н. твёрдых тел обычно определяют косвенно, исходя из межмолекулярных, <межатомных и межионных взаимодействии.Лит.: Оно С., Кондо С., Молекулярнаятеория поверхностного натяжения в жидкостях, пер. с англ., М., 1963; РусановА. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, Л., 1967; Гохштейн А. <Я., Поверхностное натяжение твердых тел и адсорбция, М., 1976.
А. И. Русанов.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.
