Сила взаимодействия молекул. Энергия взаимодействия молекул

Как проявляется взаимодействие молекул в масштабе обычных тел? В том, что необходимо затратить энергию на деформацию любого тела, в частности, на его разрушение. Энергию нужно затрачивать и для распада порции вещества на отдельные молекулы.

Для численной оценки силы и энергии взаимодействия молекул представим себе конкретный предмет или порцию вещества как стаю очень маленьких шевелящихся обезьян, крепко сцепившимся руками (рис.3).
Пусть наш предмет имеет форму стержня с квадратным сечением, сторона квадрата а, площадь сечения S=а². Допустим, для отрыва одной обезьяны от другой требуется сила f. Рассчитаем, какая сила нужна, чтобы разорвать стержень пополам.
Очевидно, для этого нужно оторвать друг от друга обезьян, расположенных на поверхности разрыва. Каждая пара держится с силой f, тогда искомая сила F= f·N_s, где
N_s – число обезьян на поверхности разрыва. Тогда напряжение, которое может выдержать наш стержень

(14),

Это напряжение σ для конкретного материала, можно измерить. Например, взять проволочку заданного диаметра и увеличивать силу растяжения F до тех пор, пока проволочка не порвется (рис). Тогда можно рассчитать силу взаимодействия между двумя соседними молекулами:

(15),

Например, для чистых нитевидных кристаллов железа («усы») σ ≈ 10¹¹Па, m₀ =10^-25кг, ρ=7,8·10³кг/м³ получим f ≈ 4·10^-9 Н
Энергию взаимодействия молекул можно получить, если представить, что для разрыва пару молекул нужно удалить друг от друга на расстояние порядка размера молекулы l≈ а₀. Совершенная при этом работа и будет энергией взаимодействия.
Тогда энергия взаимодействия Е_п ≈ f·а₀≈4·10^-19 Дж.
Силу нужно прикладывать (а энергию – затрачивать) – не только для разделения материала на составные части, но и для сжатия материала. Об этом говорит и закон Гука, известный из механики, об этом же говорит и житейский опыт.

Дата добавления: 2015-07-21