Сила поверхностного натяжения и расчёт прочности единичной молекулярной связи жидкой воды.

В предыдущее статье " Фазовые переходы в веществе с точки зрения физики атомного ядра" была изложена моя версия строения ядра атома и вытекающая из неё картина мира, включая:

- Существования газов в статическом равновесии за счёт сил электростатического отталкивания.

- Существование жидкости при фиксированной длине связей, созданных локальной потенциальной ямой сил электростатического отталкивания и магнитного притяжения.

-Существование твёрдых тел за счёт прямого контакта твёрдых атомов с взаимным прижатием силами магнитного притяжения отдельных нуклонов.

Также следствием этих моделей стало объяснение сути поверхностного натяжения.

Теперь попытаемся провести расчёт некоторых числовых параметров «Поверхностного натяжения» чтобы получить представление о величине силы взаимодействия единичной связи между молекулами жидкой воды.

Величина поверхностного натяжения воды по справочнику составляет Fнат=73*10^-3 Н/м.

Из этой величины можно вычислить силу единичной связи молекулы воды с другими молекулами, так как вся сила поверхностного натяжения создана слоем воды толщиной всего в один ряд молекул.

Для начала нужно определить молярную длину для воды. То есть необходимо вычислит длину цепочки в одну молекулу шириной в количестве один моль штук молекул. Таким образом, сможем определить размер молекулы воды, а за тем, умножив величину поверхностного натяжения на длину одной молекулы, получим силу связи одной пары молекул при разрыве.

Моль вещества содержит число Авогадро молекул Na=6,02*10^23.

Один моль воды равен 18г, или 18см.куб.=18*10^-6м

Единичный объём одной молекулы воды составит

V1м=(18*10^-6) / (6,02*10^23)=3*10^-29 м.куб.

Длина одной молекулы составит кубический корень из молекулярного объёма

L1м= 30*10^-10м

Что означает эта цифра?

Это значит, что можно получит количество молекул в одном погонном метре единичной цепочки молекул.

Nм=1 /(30*10^-10)=0,033*10^10= 33*10^7

Теперь можно получить силу отрыва одной молекулы от воды

F1отр= Fнат/ Nм=(73*10^-3)/( 33*10^7)=2,21*10^-10Н

Также можно получить прочность воды на отрыв слоя 1м.кв

Ротр= Fнат* Nм=(73*10^-3)*( 33*10^7)=2409*10^4Па=24,1*10^6Па=24,1МПа

Прочность воды позволяет посчитать длину каната из воды на саморазрыв

L канат= Ротр /(q*g)= 24,1*10^6/(9,81*1000)=2,457*10^3м=2,457км

Чтобы оценить длину саморазрывного каната из воды нам надо её с чем-то сравнить.

Так для сталей, прочность которых в 10-50 раз выше, длина каната будет близкой из-за большей в 8 раз плотности стали. Так саморазрывная длина каната из лучшей легированной стали с прочностью на разрыв 800 МПа составит всего 10км. Именно с такой ограниченной предельной длиной саморазрывного каната связана проблема спуска на большие глубины привязных батискафов и невозможность подъёма судов с больших глубин, так как на предельной длине троса он уже не способен нести полезную нагрузку.

Теперь сравним прочность связей в воде с энергией парообразования воды.

Из сравнения прочности связей воды и энергии парообразования (для воды 2,4Мдж/кг) можно оценить долю энергии разрыва связи при испарении:

(2,4МДж/кг)/ 24МПа=0,1м

То есть слой воды толщиной 1мм на площади 1м.кв. имеет массу 1кг и его можно испарить с приложением энергии 2,4МДж/кг, при этом ту же энергию надо приложить при растяжении этого слоя воды на 100мм или в 100 раз при максимальной силе разрыва связей.

Учитывая известные нам свойства воды: «несжимаемость» и «нерастяжимость», - можно предположить, что полученная цифра отлично вписывается в ранее описанную мной модель ядерных взаимодействий: «Испарения, как двухактный процесс:

1.Малоэнергетичный выход молекулы из жидкости при разрыве коротких связей в локальной потенциальной яме электро-магнитных сил.

2. Разогрев «холодной» молекулы воды за счёт интенсивного теплообмена с покинутым массивом воды при совершении работы отталкивания за счёт электростатических сил».