1 Thủy tĩnh học
1.7.1 Cơ chế phân tử
Tất nhiên, giữa các phân tử tồn tại lực hấp dẫn nhưng ảnh hưởng của chúng rất nhỏ so với lực tương tác phân tử nên có thể bỏ qua khi khảo sát hiện tượng xảy ra trên bề mặt chất lỏng. Lực tương tác phân tử, gọi tắt là lực phân tử có nguồn gốc điện, là nguyên nhân chính giữ các phân tử chất lỏng
Hình 1.19: Lực phân tử.
lại với nhau. Lực phân tử là lực hút hoặc lực đẩy tùy thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử với nhau. Dáng điệu biến đổi của lực phân tử theo khoảng cách giữa các phân tử được thể hiện trên hình 1.19.
Bây giờ ta thử mô tả trạng thái của phân tử chất lỏng dưới ảnh hưởng của lực tương tác do các phân tử lân cận gây ra. Ta bắt đầu bằng một trường hợp được đơn giản hóa. Một cặp phân tử có thể ở trạng thái cân bằng khi khoảng cách giữa chúng bằng r0. Nếu chúng bị tách xa nhau một ít thì lực tương tác giữa chúng là lực hút sẽ kéo chúng lại gần nhau. Ngược lại, nếu chúng bị ép lại gần nhau thì lực tương tác giữa chúng là lực đẩy sẽ làm chúng giãn ra. Nếu chúng bị ép hoặc bị tách ra rồi thôi, chúng sẽ dao động với khoảng cách thay đổi qua lại giá trị r0. Dựa vào sự tương tác giữa hai phân tử khó có thể mô tả hành vi của chất lỏng, thực tế bao gồm vô số phân tử. Tuy nhiên, tương tác giữa các phân tử bên trong chất lỏng không thể quá khác biệt so với trường hợp chỉ có hai phân tử. Ta biết rằng, do nhiệt năng, các phân tử nằm trong chất lỏng chuyển động liên tục, và ta hình dung chúng như đang thực hiện dao động xung quanh vị trí cân bằng. Trạng thái của các phân tử ở gần sát bề mặt thì khác so với các phân tử bên trong khối chất lỏng. Thật vậy, giả sử một phân tử ở gần bề mặt chuyển động ra phía ngoài. Do không có phân tử chất lỏng bên ngoài đẩy nó, nên phân tử này có thể chuyển động ra phía ngoài và làm khoảng cách từ nó đến các phân tử khác lớn hơn khoảng cách giữa các phân tử nằm bên trong khối chất lỏng. Điều này làm xuất hiện lực hút của các phân tử kéo nó về phía trong4. Như
4Nếu động năng của phân tử đủ lớn nó có thể thoát ra ngoài. Quá trình này được gọi là sự bay hơi.
vậy, khác với các phân tử nằm bên trong chịu lực đẩy và lực hút, các phân tử ở trên bề mặt chất lỏng luôn luôn chịu lực hút kéo nó về bên trong. Đây là nguyên nhân chính của hiện tượng mặt ngoài của chất lỏng (hình 1.20).
Hình 1.20: Lực tác dụng lên phân tử bên trong, và trên bề mặt chất lỏng.
