Тепловые капиллярные волны


Тепловые капиллярные волны

Тепловые флуктуации приводят к тому, что на поверхности жидкости постоянно генерируются капиллярные волны, которые оказывают значительное влияние на структуру поверхностного слоя жидкости.

Тепловые флуктуации плотности имеют место во всей толще жидкости, однако в большинстве случаев этими эффектами можно пренебречь в силу их малости. Исключение составляют критические явления и явления на границе жидкость—пар. Наличие тепловых флуктуаций приводит к тому, что поверхностный слой размывается, в связи с чем различают два профиля плотности — реальный и внутренний (intrinsic), не возмущенный флуктуационным коллективным движением частиц. Простым и в то же время естественным способом описания рассматриваемых флуктуаций является представление поверхности жидкости суперпозицией капиллярных волн.

Содержание

История

Впервые явление флуктуационного размывания границы жидкость—пар было предсказано Смолуховским в 1908.[1] Пять лет спустя в 1913 Мандельштам описал это явление количественно посредством капиллярных волн.[2] Однако затем в течение достаточно долгого времени при изучении структуры поверхностного слоя данный феномен не принимался во внимание. Лишь после выхода работы[3] интерес к капиллярным волнам возродился, так как было показано, что равновесные капиллярные волны существенно размывают границу раздела фаз.

CWT

Обратимся непосредственно к теории капиллярных волн (CWT) и рассмотрим выражение для среднего квадрата амплитуды тепловых капиллярных волн.


\left \langle |h|^2 \right \rangle = \frac{k_B T}{2 \pi \sigma} \ln \left[ \frac{1+2 \left( \pi a_c /d_\text{min} \right)^2}{1+2 \left( \pi a_c /L \right)^2} \right],

где \sigmaкоэффициент поверхностного натяжения, a_c = \sqrt \frac{2 \sigma}{g (\rho_l - \rho_v)} — капиллярная длина, d_\text{min} — минимальная длина капиллярной волны, L — длина стороны сосуда (последний предполагается квадратным в горизонтальном сечении).

Для воды при обычных условиях при изменении L от 1 мм до 1 м средняя амплитуда капиллярных волн меняется слабо и составляет около 0,5 нм (что превосходит размер молекул и среднее рвсстояние между ними). Однако при увеличении размеров L и ослаблении силы тяжести g эта амплитуда растет неограниченно.

Примечания

  1. M. V. Smoluchowski, Ann. Phys. 25, 205 (1908)
  2. L. Mandelstam, Ann. Phys. 41, 609 (1913)
  3. F. P. Buff, R. A. Lovett, and F. H. Stillinger, Jr. "Interfacial density profile for fluids in the critical region" Physical Review Letters 15 pp. 621-623 (1965)

Литература

  • Ролдугин В. И. Физикохимия поверхности: Учебник-монография — Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008. 568 c.
  • John Shipley Rowlinson, B. Widom Molecular Theory of Capillarity — Courier Dover Publications, 2002. 532 с.

Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Тепловые капиллярные волны" в других словарях:

  • тепловые флуктуации —  Thermal Fluctuations  Тепловые флуктуации   Случайные отклонения наблюдаемых физических величин от их средних значений в результате хаотического теплового движения образующих систему частиц. Тепловые флуктуации приводят к тому, что на… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ — состояние квантовой жидкости, при к ром она протекает через узкие щели и капилляры без трения. Сверхтекучесть 4Не. Жидкий гелий 4Не становится сверхтекучим ниже темп ры Tl=2,17 К, при давлении насыщенных паров ps=38,8 мм рт. ст. Свехтекучий 4Не… …   Физическая энциклопедия

  • thermal fluctuations —  Thermal Fluctuations  Тепловые флуктуации   Случайные отклонения наблюдаемых физических величин от их средних значений в результате хаотического теплового движения образующих систему частиц. Тепловые флуктуации приводят к тому, что на… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • Дефектоскоп — 2 и 3  дисплей ультразвукового дефектоскопа при контроле двигателя V2500 …   Википедия

  • ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ — (источники света), преобразователи разл. видов энергии в эл. магн. энергию оптич. диапазона с условными границами 1011 1017 Гц, что соответствует длинам волн в вакууме от неск. мм до неск. нм. Естественными И. о. и. явл. Солнце, звёзды,… …   Физическая энциклопедия

  • Дефектоскопия — (от латинского defectus изъян и греческого sbopeo смотрю) авиационных конструкций комплекс физических методов, позволяющих осуществить контроль качества материалов, полуфабрикатов, деталей и узлов авиационных конструкций без их разрушения. Методы …   Энциклопедия техники

  • дефектоскопия — Рис. 1. Объекты контроля при радиационном методе дефектоскопии. дефектоскопия (от лат. defectus — изъян, и греч. skopéō — смотрю) авиационных конструкций — комплекс физических методов, позволяющих осуществить контроль качества… …   Энциклопедия «Авиация»

  • дефектоскопия — Рис. 1. Объекты контроля при радиационном методе дефектоскопии. дефектоскопия (от лат. defectus — изъян, и греч. skopéō — смотрю) авиационных конструкций — комплекс физических методов, позволяющих осуществить контроль качества… …   Энциклопедия «Авиация»

  • Общие термины — Термины рубрики: Общие термины Абсолютно чёрное тело Абсолютный минимум Абсолютный показатель ресурсоиспользования и ресурсосбережения …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов