Природа сил поверхностного натяжения

[madschumacher]

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Если добавить принцип локального минимума потенциальной энергии будет вполне неплохо.

Лучше изначально взять принцип $\delta \int_{t_0}^{t} d\tau \mathcal{L} = 0 $.
Тогда уж точно проблем не будет

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Хороший вопрос, почему для кирпича принцип минимума потенциальной энергии звучит гораздо лучше, чем для атмосферы.

А что Вы под этим принципом подразумеваете в обоих случаях (в формульном виде, плиз)?

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Вода - это не газ, какая-то потенциальная энергия присутствует.

Опять же, что, по-Вашему, есть потенциальная энергия воды (тоже в виде формул)?
(про то, что вода, судя по её по фазовой диаграмме, тоже может вполне быть газом и даже сверхкритическим флюидом мы тут на время забудем )

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Возможно все дело в том, что кирпич знаком с диссипативными силами.

Это то тут при чем?! (гравитация около Земли вообще-то вполне себе потенциал )...

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

В случае, сферической воды в вакууме, без фотонов, (модель прыгающих шариков,связанных между собой потенциальными ямками), то остыть ей просто некуда.

В лёд?

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Если вернуться к поверхностному натяжению и усомниться в школьном выводе на пальцах, то все-равно при наличии этой силы, а она потенциальная, энергия какая-то просто обязана быть, с математической точки зрения.

Источник её -- межмолекулярное взаимодействие. Но, поскольку она макроскопическая, то приходится изгаляться чтобы придумать механические аналогии. Поэтому термодинамикой легко все формулы получить, а вот понять "на пальцах" -- немного сложновато... По-сути же поверхностное натяжение -- это коэффициент, связывающий увеличения свободной энергии системы с изменением площади поверхности этой самой системы ($dF_{surf} = \sigma dS$). Т.е. показатель того, насколько система не любит границу раздела фаз

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Если верить Фейнману, то упругость резины возникает из-за энтропии, чем больше резина растянута- тем больше порядка. Не может ли получится с поверхностным натяжением подобного механизма? Т.е. вопрос, когда минимум потенциальной энергии можно применить остается открытым. Может не потенциальной энергии, а чего-то другого? И да, у Фейнмановской резинки есть изменение потенциальной энергии или только Энтропии? Он меня что-то запутал.

Очень опасно применять напрямую механические аналогии к термодинамическим величинам...

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Остается понять механизм возникновения силы пов. натяжения с точки зрения молекул.

Ещё раз: источник -- межмолекулярные взаимодействия, но эта сила возникает только в больших количествах вещества (т.е. оперируя 1-10 молекулами мы этого поверхностного натяжения не увидим). Появляется эта "сила" только на макроскопическом уровне.

[druggist]

(Оффтоп)

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Хороший вопрос, почему для кирпича принцип минимума потенциальной энергии звучит гораздо лучше, чем для атмосферы.

ТС медленно, зигзагами приближается к понятию свободной энергии (тд потенциала) Не совсем понятно только, почему в дискуссионном разделе

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: да, пожалуй, для ДТ это слишком банально.

[dimboz-3]

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Хороший вопрос, почему для кирпича принцип минимума потенциальной энергии звучит гораздо лучше, чем для атмосферы.

А что Вы под этим принципом подразумеваете в обоих случаях (в формульном виде, плиз)?

Кирпич занимает в пространстве положение с локальным минимумом потенциальной энергии.

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Вода - это не газ, какая-то потенциальная энергия присутствует.

Опять же, что, по-Вашему, есть потенциальная энергия воды (тоже в виде формул)?

А это в первом приближении потенциальная энергия межатомного взаимодействия в обычной вузовской физике, которая аппроксимируется разностью 11-той и 6-той степенью расстояния, могу ошибаться в степенях, но не сильно.

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

(про то, что вода, судя по её по фазовой диаграмме, тоже может вполне быть газом и даже сверхкритическим флюидом мы тут на время забудем )

Это противоречит моим рассуждениям?

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Возможно все дело в том, что кирпич знаком с диссипативными силами.

Это то тут при чем?! (гравитация около Земли вообще-то вполне себе потенциал )...

Подразумевал силы трения, которые в обычной, мирской жизни, стремятся съесть его кинетическую энергию.

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

В случае, сферической воды в вакууме, без фотонов, (модель прыгающих шариков,связанных между собой потенциальными ямками), то остыть ей просто некуда.

В лёд?

Закон сохранения энергии никто не отменял.

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Если вернуться к поверхностному натяжению и усомниться в школьном выводе на пальцах, то все-равно при наличии этой силы, а она потенциальная, энергия какая-то просто обязана быть, с математической точки зрения.

Источник её -- межмолекулярное взаимодействие. Но, поскольку она макроскопическая, то приходится изгаляться чтобы придумать механические аналогии. Поэтому термодинамикой легко все формулы получить, а вот понять "на пальцах" -- немного сложновато... По-сути же поверхностное натяжение -- это коэффициент, связывающий увеличения свободной энергии системы с изменением площади поверхности этой самой системы ($dF_{surf} = \sigma dS$). Т.е. показатель того, насколько система не любит границу раздела фаз

Тема как раз и посвящена поиску того, что Вы назвали немного сложновато.

madschumacher в сообщении #1141715 писал(а):

dimboz-3 в сообщении #1141706 писал(а):

Остается понять механизм возникновения силы пов. натяжения с точки зрения молекул.

Ещё раз: источник -- межмолекулярные взаимодействия, но эта сила возникает только в больших количествах вещества (т.е. оперируя 1-10 молекулами мы этого поверхностного натяжения не увидим). Появляется эта "сила" только на макроскопическом уровне.

Однако, это не ответ на вопрос.

[Toucan]

madschumacher, замечание за злоупотребление смайлами.

[Toucan]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильное цитирование (в заголовке цитат отсутствуют ссылки на цитируемое сообщение).

dimboz-3, в прошлый раз цитаты за Вас правил модератор, в этот - исправляйте сами. Для того чтобы процитировать фрагмент сообщения, выделите его мышкой и нажмите кнопку "Вставка" в цитируемом сообщении.

После того как исправите сообщение, сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено

[Toucan]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: вернул.

[madschumacher]

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Кирпич занимает в пространстве положение с локальным минимумом потенциальной энергии.

Хорошо (хоть и статика). А атмосфЭра?

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

А это в первом приближении потенциальная энергия межатомного взаимодействия в обычной вузовской физике, которая аппроксимируется разностью 11-той и 6-той степенью расстояния, могу ошибаться в степенях, но не сильно.

6 и 12 (a.k.a. потенциал Леннарда-Джонса). Но эта формула (в нулевом приближении) зависит от расстояния между 2мя молекулами воды. Как это применить к капле а к большой капле (океяну, например, навеяно тем, что сегодня впервые в жизни увидел отлив)?

(Вообще формула связи есть, но она не простая и не совсем про то).

-- 05.08.2016, 00:37 --

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Это противоречит моим рассуждениям?

Да нет, просто забавный факт.

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Подразумевал силы трения, которые в обычной, мирской жизни, стремятся съесть его кинетическую энергию.

Это понятно. Но вот у кирпича, летающего аки Луна таких сил нету, а вот в кусочке воды есть...

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Закон сохранения энергии никто не отменял

Ок. Был не прав, но капля может и может излечить эту лишнюю энергию "в бесконечность"(не буду за это ручаться, подожду профессионалов в этой области или хотя бы ссылку на расчет или эксперимент).

-- 05.08.2016, 00:37 --

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Это противоречит моим рассуждениям?

Да нет, просто забавный факт.

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Подразумевал силы трения, которые в обычной, мирской жизни, стремятся съесть его кинетическую энергию.

Это понятно. Но вот у кирпича, летающего аки Луна таких сил нету, а вот в кусочке воды есть...

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Закон сохранения энергии никто не отменял

Ок. Может и был не прав. Но капля (принципиально?) может и может излучить эту лишнюю энергию (не буду за это ручаться, подожду профессионалов в этой области или хотя бы ссылку на расчет или эксперимент).

-- 05.08.2016, 00:41 --

dimboz-3 в сообщении #1141741 писал(а):

Тема как раз и посвящена поиску того, что Вы назвали немного сложновато.

Имхо, тут есть небольшое двоемыслие. Некоторые нетривиальные вещи, по-моему, произносились каа элементарные, а некоторые элементарные объявлялись сложными. Это произвол.

[dimboz-3]

Pphantom в сообщении #1141735 писал(а):

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: да, пожалуй, для ДТ это слишком банально.

Раз она банальная. Тогда представлю свою теорию на общественный суд.

Представим себе поверхность воды. Абсолютно гладкую и ровную. В силу теплового движения молекул, бесконечного разрушения и образования квазикристаллов, поверхность не сможет сохранять свою идеально ровный вид. Т.е поверхность воды шершавая на масштабе молекул. Внутри жидкости, молекулы сидят плотно, связаны друг с другом. (квантовой механикой). На поверхности же присутствуют пустоты. Силы поверхностного натяжения создаются, в моем понимании, склонами холмов, между которыми расстояние большее, чем расстояние между узлами решетки, а следовательно действуют силы притяжения. Молекулы, образующие силы пов. натяжения, соединены черными линиями.

https://yadi.sk/i/-J9vgGJwtrkVn

Эта модель вроде бы неплохо объясняет смачивание и несмачивание как и изменение коэффициента поверхностного натяжения с температурой.

Вставил ссылку, а не картинку, потому что картинка не вставлялась.

[Dmitriy40]

Т.е. если поверхность таки будет совершенно ровной, то и сил поверхностного натяжения по Вашему не будет? А они есть.

[Xey]

dimboz-3 в сообщении #1141316 писал(а):

Под школьной моделью поверхностного натяжения я подразумевал следующую. Все молекулы жидкости притягиваются между собой. Для молекулы вблизи поверхности результирующая сил соседей направлена внутрь жидкости. А для молекулы внутри жидкости результирующая сил равно нулю.

Еще есть такое объяснение.
У молекул есть связи (которые черточками изображают). Внутри жидкости, каждая связь находит себе пару среди соседних молекул, а на поверхности связи торчат ежиком в пустоту. Вскоре эти торчащие связи загибаются и замыкаются с такими же торчащими связями соседних поверхностных молекул. При этом длины "черточек" немного не хватает и они как пружинки стягивают молекулы поверхностного слоя.


Ой, кажется это было о поверхности льда.
Ну может сойдет.

[dimboz-3]

Dmitriy40 в сообщении #1142197 писал(а):

Т.е. если поверхность таки будет совершенно ровной, то и сил поверхностного натяжения по Вашему не будет? А они есть.

А поверхность ровная? Чем больше температура, тем меньше размер кристалликов, тем больше поверхность ровная, тем меньше силы пов. натяжения.

[madschumacher]

dimboz-3 в сообщении #1142163 писал(а):

квазикристаллов,

Не используйте это слово в подобном контексте: оно имеет чёткий смысл вообще то!

dimboz-3 в сообщении #1142163 писал(а):

Внутри жидкости, молекулы сидят плотно, связаны друг с другом. (квантовой механикой).

Вообще-то эти межмолекулярные силы и движения вполне себе классические. Конечно, есть квантовые эффекты в случае переноса протона (и вроде для каких-то свойств воды они весьма существенны). Но в целом тут про кванты можно не вспоминать.

dimboz-3 в сообщении #1142163 писал(а):

Т.е поверхность воды шершавая на масштабе молекул.

Бесспорно. Но, что-то мне кажется, что флуктуации этих "шершавостей" будут иметь амплитуду порядка 0.1 - 1 от размера молекулы. А всё, что будет уходить дальше - одиночные молекулы, переходящие в пар (и их концентрация над поверхностью будет формировать давление насыщенного пара над выбранной жидкостью).

dimboz-3 в сообщении #1142163 писал(а):

Силы поверхностного натяжения создаются, в моем понимании, склонами холмов, между которыми расстояние большее, чем расстояние между узлами решетки

Муторно больно. Они тупо создаются электростатическими взаимодействиями между диполями (для полярных жидкостей) и случайными диполями (для неполярных). Соответственно, см. соответствующие главы учебника по электродинамике, чтобы понять откуда они берутся. Что за узлы решетки в жидкостях (не - конечно модели есть такие, но они весьма сложные) Вы имеете в виду - не очень понятно.

-- 06.08.2016, 03:01 --

dimboz-3 в сообщении #1142163 писал(а):

Молекулы, образующие силы пов. натяжения, соединены черными линиями.

Опять же, попой чувствую мне кажется, что флуктуации для поверхности жидкости такого порядка ну оооочень уж маловероятны. Про их реальный, предполагаемый мной, порядок я говорил выше.

dimboz-3 в сообщении #1142163 писал(а):

Эта модель вроде бы неплохо объясняет смачивание и несмачивание как и изменение коэффициента поверхностного натяжения с температурой.

каким это образом? Тупой я -- не въехал...извиняйте...
И чем это более понятно, чем коэффициент пропорциональности энергии изменению площади поверхности (численно и формульно $\sigma$, насколько я помню, поверхностный аналог давления). Как реальная векторная сила она, насколько знаю, только в уравнении Юнга для угла смачивания торчит (и то везде написано, что так верстают только чудаки трактовать эти вектора $\vec{\sigma}$ не нужно ).
А увеличение энергии при увеличении площади поверхности легко объяснимо недостаточной компенсацией межмолекулярных взаимодействий.

-- 06.08.2016, 03:08 --

dimboz-3 в сообщении #1142273 писал(а):

Чем больше температура, тем меньше размер кристалликов, тем больше поверхность ровная, тем меньше силы пов. натяжения.

Забудьте про кристаллики. Но, кстати, вот величина флуктуаций неплоскости поверхности может и имеет смысл. И в этом случае Ваше объяснение про стремление частиц уменьшить эту поверхность может и сработают. И может даже интересно это так объяснить.

(Оффтоп)

но на колке так говорить может и не стоит

[madschumacher]

madschumacher в сообщении #1142327 писал(а):

межмолекулярные силы ... вполне себе классические

Ой, чушь написал. Возникновение мультипольных моментов у молекул и атомов (и как следствие межмолекулярных взаимодействий) имеет очень даже квантовую природу (из-за движений электронов и внутримолкулярных колебаний). Но вот потом (когда мы межмолекулярные силы мы уже как-то посчитали) движения молекул в жидкости (да и в газе) при нормальных условиях (всякую экзотику, типа жидкого гелия в расчет не берем) будут уже классическими.

[Xey]

Похоже, что на картинке ячейка льда.
http://www.google.com.hk/search?q=%D0%B ... BSqSO7M%3A
Водородные связи здесь не в виде черточек, а в виде белых стерженьков(или дырочек).
В жидкой воде ячейки распадаются, но усредненное расположение молекул можно считать таким же.
Нескомпенсированные в поверхностном слое плюсы и минусы будут притягиваться.