Cтраница 4
В литературе, посвященной поверхностным силам [64], различают два вида поверхностных сил. Поверхностные силы, действующие между фазами в этом приближении, называются поверхностными силами первого рода. Сюда относятся молекулярные силы, действующие между молекулами, и силы электростатические, действующие на ионы пропорционально их зарядам. Для расчета поверхностных сил в рассматриваемом случае необходимо использовать микроскопический подход, и решение задачи представляет очень сложную физическую и математическую проблему. Возникающие при этом поверхностные силы называются силами второго рода. Эти силы приводят к появлению в прослойке избыточного ( положительного или отрицательного) давления, названного открывшим это явление Б. В. Дерягиным расклинивающим давлением. Мы не будем подробно останавливаться на этом явлении. Заметим только, что поскольку толщина переходных зон чрезвычайно мала ( она порядка 100 нм и меньше), то в дальнейшем ограничимся рассмотрением только поверхностных сил первого рода. [46]
Цель теорий валентности состоит в объяснении, почему атомы соединяются вместе тем особым способом, который приводит к образованию молекул. Эти теории были вначале развиты для объяснения расположения атомов в молекулах и прочности химических связей. Исследование реакций, в которых участвуют молекулы, поднимает гораздо более широкий круг вопросов, однако квантовая механика оказалась чрезвычайно полезной в качестве теоретической основы для описания результатов эмпирических, исследований реакций и реакционной способности. Существуют два подхода к теории скоростей химических реакций, которые можно назвать микроскопическим и макроскопическим. В микроскопическом подходе пытаются рассчитать скорость отдельного молекулярного столкновения, когда исходные молекулы и продукты реакции находятся в определенных квантовых состояниях. [47]
Цель теорий валентности состоит в объяснении, почему атомы соединяются вместе тем особым способом, который приводит к образованию молекул. Эти теории были вначале развиты для объяснения расположения атомов в молекулах и прочности химических связей. Исследование реакций, в которых участвуют молекулы, поднимает гораздо более широкий круг вопросов, однако квантовая механика оказалась чрезвычайно полезной в качестве теоретической основы для описания результатов эмпирических исследований реакций и реакционной способности. Существуют два подхода к теории скоростей химических реакций, которые можно назвать микроскопическим и макроскопическим. В микроскопическом подходе пытаются рассчитать скорость отдельного молекулярного столкновения, когда исходные молекулы и продукты реакции находятся в определенных квантовых состояниях. [48]
Как уже было отмечено, такая модель пригодна лишь тогда, когда электрон слабо взаимодействует с атомом; однако это условие не сохраняется в случае жидкого гелия. Действительно, отталкивание электрон - атом оказывается в гелии настолько большим, что образование полости в жидкости может приводить к состояниям с более низкой свободной энергией, чем состояние квазисвободцого электрона, несмотря на резкое возрастание кинетической энергии при локализации электрона внутри полости. Основная идея модели состоит в том, что достигается устойчивая конфигурация раствора в результате равновесия, которое наступает, с одной стороны, между отталкиванием электрона от всех окружающих атомов и, с другой стороны, между силами сжатия пузырька, возникающими из-за поверхностного натяжения. В первоначальной работе Купера [40] поверхностное натяжение было весьма приближенно подсчитано на основе микроскопического подхода. Недавно Левин и Сандерс [ 41а, б ] придали пузырьковой модели более отчетливый вид. В вычислениях Сандерса использованы наблюдаемые значения поверхностного натяжения ( вместо взятого из приближенной молекулярной модели), а также волновая функция электрона, соответствующая яме с определенной глубиной, подгоняемой под длину рассеяния. Диаметр пузырька оказался равным приблизительно 20 А, что вдвое превышает значение Купера. В результате соответствующего уменьшения кинетической энергии электрона внутри пузырька последний становится легко сжимаемым и изменяющим форму. [49]
Как уже было отмечено, такая модель пригодна лишь тогда, когда электрон слабо взаимодействует с атомом; однако это условие не сохраняется в случае жидкого гелия. Действительно, отталкивание электрон - атом оказывается в гелии настолько большим, что образование полости в жидкости может приводить к состояниям с более низкой свободной энергией, чем состояние квазисвободного электрона, несмотря на резкое возрастание кинетической энергии при локализации электрона внутри полости. Основная идея модели состоит в том, что достигается устойчивая конфигурация раствора в результате равновесия, которое наступает, с одной стороны, между отталкиванием электрона от всех окружающих атомов и, с другой стороны, между силами сжатия пузырька, возникающими из-за поверхностного натяжения. В первоначальной работе Купера [40] поверхностное натяжение было весьма приближенно подсчитано на основе микроскопического подхода. Недавно Левин и Сандерс [ 41 а, б ] придали пузырьковой модели более отчетливый вид. В вычислениях Сандерса использованы наблюдаемые значения поверхностного натяжения ( вместо взятого из приближенной молекулярной модели), а также волновая функция электрона, соответствующая яме с определенной глубиной, подгоняемой под длину рассеяния. Диаметр пузырька оказался равным приблизительно 20 А, что вдвое превышает значение Купера. В результате соответствующего уменьшения кинетической энергии электрона внутри пузырька последний становится легко сжимаемым и изменяющим форму. [50]
В этом курсе рассмотрены некоторые вопросы макроскопической электродинамики. В отличие от других разделов теоретической физики излагаемая здесь теория является феноменологической. Поясним сказанное на примере. Предположим, что требуется рассчитать поле, создаваемое заряженными пластинами конденсатора. Для этого надо было бы написать уравнения для электромагнитных полей, создаваемых отдельными движущимися зарядами - электронами и ядрами, из которых состоят пластины. К ним нужно еще добавить квантово-механические уравнения движения для микрочастиц. Решение совокупности этих уравнений и дает ответ на поставленную задачу. Такой подход называют микроскопическим, так как он учитывает процессы атомного масштаба. Ясно, что в данном случае микроскопический подход чересчур сложен и ненужен. [51]