Микроскопическая интерпретация давления в жидкостях

Давление можно объяснить на микроскопическом уровне для газа с помощью кинетической теории газов. От этого давление п связано со скоростью молекул (и вызвано большим количеством столкновений в газе).

п "=" м Н а В в ¯ 2 3

Где м это масса молекулы, Н а число Авогадро, В объем, в ¯ 2 квадратичная средняя скорость молекул.

Тем не менее я не нашел подобной микроскопической интерпретации в случае жидкостей . В этом случае молекулы не так свободны, как в газе, поэтому давление, похоже, не связано с большей или меньшей скоростью молекул. Так что же отвечает за давление жидкости на микроскопическом уровне?

Существует ли достаточно простое микроскопическое описание давления в жидкостях, как в кинетической теории газов?

Основная кинетическая теория газов, как я полагаю, вы уже знаете, часто исходит из идеи идеального газа, в которой считается, что частицы газа не взаимодействуют друг с другом, и если вы не возьмете случай высокого давления, плотность газа равна предполагается низким. С жидкостями вы не можете принять ни одно из этих условий. Образуются молекулы, дающие дополнительные степени свободы physics.stackexchange.com/questions/39706/…
Возможный дубликат physics.stackexchange.com/questions/39706/…

Ответы (2)

В отличие от газа жидкость имеет конечный объем при нулевом давлении, т.е. жидкость, плавающая в вакууме, не будет расширяться за пределы определенного объема. Этот объем определяется межатомными/межмолекулярными силами в жидкости.

Если вы посмотрите на потенциальную энергию между двумя молекулами жидкости как на функцию межмолекулярного расстояния р это будет что-то вроде:

Жидкий потенциал

( картинка отсюда )

А объемом нулевого давления будет тот, где межмолекулярные расстояния минимальны потенциальной энергии. Это будет ваш объем нулевого давления. Если вы сжимаете жидкость, вы толкаете молекулы вверх по кривой с более высокой потенциальной энергией в сторону меньшей. р , а это требует работы, т. е. силы, поэтому сжатая жидкость имеет давление.

Существует некоторый эффект молекулярного движения, и именно поэтому жидкости (обычно) расширяются, когда вы их нагреваете. Потенциальная яма несимметрична, поэтому при добавлении тепловой энергии среднее межмолекулярное расстояние увеличивается. р . Однако основным механизмом поддержания давления является межмолекулярный потенциал.

Отличный ответ! Если я могу спросить одну вещь, изучая уравнение Бернулли, я иногда слышал о давлении как об «энергии на единицу объема», поэтому кажется, что давление строго связано с энергией, которой обладает жидкость. В случае газов связь с кинетической энергией, как ( 1 ) предполагает. В случае жидкости эта энергия, при которой давление связано в основном с потенциальной энергией, которую вы описали в ответе (как вы сказали, молекулярное движение незначительно)?
@Sørën: это зависит. Предположим, вы поставили воду на 1 ºC и STP в герметичной коробке, затем нагрейте ее до 99 ºС. Если объем коробки остается постоянным, давление будет расти, потому что вода пытается расшириться. Расширение, а, следовательно, и давление, происходит из-за колебательного движения молекул воды, перемещающихся на среднее расстояние в большую сторону. р . Таким образом, молекулярное движение задействовано, но тесно связано с потенциалом. Я не думаю, что это помогает представить идеальный газ, как столкновения с ящиком, потому что длина свободного пробега молекулы воды фактически равна нулю.

Давление в жидкостях не является микроскопическим явлением, как в газах. В жидкостях есть два источника давления: 1) вызванное поверхностным натяжением (если оно есть) и 2) вызвано силой тяжести. Давление от поверхностного натяжения зависит от размера образца из-за различного отношения поверхности к объему. Вы, наверное, видели видео, на которых астронавты расплачиваются жидким шариком при 0 g на МКС. Шаровидные сферические, потому что это минимизирует отношение поверхности к объему. Это давление играет роль в явлениях ледяного дождя. Капли дождя настолько малы, что разность давлений внутри капли приводит к тому, что капля остается в жидком состоянии при температуре воздуха ниже точки замерзания. Переохлаждение также играет роль в ледяном дожде.

При наличии гравитации жидкости ограничены сосудами, а давление линейно зависит от глубины. Вблизи дна сосуда давление на стенки сосуда такое же, как и на дно. Это просто вес жидкости, деленный на площадь дна. Когда вы поднимаетесь со дна, давление падает, так как вес жидкости над этой точкой уменьшается.

Микроскопическая интерпретация давления в жидкостях
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v