льтуюча сил буде дорівнює нулю.
У разі поверхневої молекули вона буде відчувати надмірне тяжіння, яке формує результуючу силу, спрямовану в об'єм. Така результуюча сила пояснюється тим фактом, що сусідів в рідкій фазі більше, ніж у фазі пара, т.к. ущільнити рідини більше щільності пара.
Запишемо умова механічної рівноваги для поверхні, зображеної на рис. 3.1
, (3.1)
де,, - сили поверхневого натягу, які, - коефіцієнт поверхневого натягу, - просторовий параметр, що характеризує контур поверхні.
(3.2)
Тоді з (3.1.1) отримуємо:
, (3.3)
молекулярний водяна пара температурний
. (3.4)
Припустимо, що поверхня має сферичну форму радіуса R. Тоді з (3.1.4) отримуємо
. (3.5)
Формула (3.5) є знаменитою формулою Лапласа для тиску. Вона має дуже цікавий наслідок: чим менше різниця тисків, тим більше параметр R. Це вказує на те, що рівноважна фаза рідини має макроскопічний розмір.
Розрахунок поверхневого натягу за допомогою методів моделювання молекулярної динаміки є непростим завданням. Існують різні методи, які дозволяють оцінити поверхневий натяг для різних міжфазних кордонів.
3.1 Розрахунок поверхневого натягу через компоненти тензора тиску
Як було показано Ірвінгом і Кирквуда локальне поверхневий натяг може бути визначене за допомогою наступного виразу
, (3.1.1)
тут V - об'єм системи, - швидкість i-ой частки, - маса i-ой частки, - сила, що діє на i-ую частку з боку j-ой, - відстань між частинками i і j,.
Очевидно, що якщо розглядати поверхню, ортогональну напрямку z (рис. 3.1.1)
Рис. 3.1.1 Двофазна поверхню з поверхнею, ортогональної осі z. h - товщина межфазного шару
При моделюванні ця величина визначається положеннями частинок однієї фази, які взаємодіють з частинками іншої фази.
Поверхневий шар буде характеризуватися анізотропією тиску. Тоді поверхневий натяг для геометрії, зображеної на малюнку, можна визначити наступним чином
(3.1.2)
Слід зазначити, що виразе (3.1.2) дозволяє виконати оцінку коефіцієнта поверхневого натягу за будь-яких міжфазних комбінацій [13].
3.2 Капілярно - флуктуаційний метод
Даний підхід заснований на оцінці рівноважних флуктуацій висоти кордону розділу. Звідси, поверхневі властивості можуть бути вивчені в рамках капілярної теорії. Спрощено основну фізичну ідею цього методу можна сформулювати наступним чином: викривлення плоскою міжфазної межі безпосереднім чином визначається силами зчеплення молекул в поверхневому шарі або поверхневий натяг.
Розглянемо варіант цього методу, адаптований до чисельного експерименту з моделювання молекулярної динаміки.
У цьому методі ключовим моментом є геометрія осередку моделювання. Згідно роботі [14] найбільш оптимальною має бути наступна геометрія:
1. Осередок моделювання представляє з себе сендвіч з трьох шарів (Рис.3.2.1) - кристал - рідина.
2. Довжина напрямки, за яким буде оцінюва...
