Page 113 - 6375

рідин дуже великий. Це приводить до того, що рідини мало стисливі. Зауважимо, що

безпосередньо внутрішній тиск виміряти не можна. Манометр для вимірювання тиску в
рідині реєструє зовнішній та гідростатичний тиски. Внутрішній тиск можна обчислити за

величиною роботи, яка виконується при проходженні молекул через поверхневий шар.

Аналіз показує, що молекули поверхневого шару перебувають в особливому
енергетичному стані порівняно з молекулами об’єму рідини. Справді, для переведення

молекул рідини з її об’єму на поверхню, тобто для збільшення поверхні рідини, потрібно

виконати роботу проти сил внутрішнього тиску. Суттєвим при цьому є характер процесу,
при здійсненні якого робота, виконувана зовнішніми силами над системою (рідиною),

повністю йшла на переведення молекул рідини з об’єму в поверхневий шар, тобто на
збільшення поверхні рідини. Таким процесом повинен бути оборотний ізотермічний процес,

а характеристичною термодинамічною функцією повинна стати вільна енергія – (, ).
Отже,

= − = −,

де – питома вільна поверхнева енергія; – площа елемента поверхні рідини ( > 0).

Знак «мінус» у рівності показує, що робота виконується зовнішніми силами над системою.
Величину ше часто називають коефіцієнтом поверхневого натягу. Поряд з енергетичним

трактуванням поверхневого натягу широко використовується більш наочний «силовий»
підхід. У стані стійкої рівноваги надлишкова поверхнева потенціальна енергія рідини П
п
повинна бути мінімальною. Тому рідина, на яку не діють зовнішні сили, за умови її
практичної нестисливості має набирати форми сфери. Отже, сили поверхневого шару

повинні зумовлювати тенденцію рідини зменшувати свою поверхню. Довільна крапля в

невагомості буде сферичною. «Силовий» підхід до описання поверхневих явищ потребує
введення сил, що намагаються зменшувати поверхню рідини. Ці сили повинні бути

напрямлені по дотичних до поверхні рідини.

Якщо дротяний контур з рухливою перетинкою помістити в мильний розчин, то
він затягнеться мильною плівкою (рис. 3). Сили поверхневого натягу, якщо перетинка досить

легка, намагатимуться скоротити поверхню рідини і перетинка почне підніматися вгору. У
разі зрівноваження сил поверхневого натягу і тяжіння перетинка перебуватиме в рівновазі.

Тоді 2 = , оскільки плівка має дві поверхні, де – сила поверхневого натягу; –

сила тяжіння. Якщо під дією сили перетинка з положення перемістилася на відстань

, то робота, виконана нею, = = = = . Тоді
2