Наблюдения показывают, что между молекулами одновременно действуют и силы притяжения, и силы отталкивания. Силы взаимодействия молекул являются короткодействующими, их действие проявляется лишь на расстояниях, не превышающих нескольких собственных размеров молекулы. Область пространства, в которой проявляется действие молекулярных сил, называют сферой молекулярного действия. Радиус этой сферы равен примерно 1•10-9 м.
Силы молекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами. При этом характер зависимости от расстояния у сил притяжения и сил отталкивания различен. При увеличении расстояния между молекулами силы отталкивания убывают быстрее, чем силы притяжения, а при уменьшении этого расстояния возрастают быстрее, чем силы притяжения.
Установлено, что силы взаимодействия молекул обратно пропорциональны n-й степени расстояния r между центрами масс молекул, т. е. . Для сил притяжения п = 7, а для сил отталкивания п принимает значения от 9 до 15. (Например, для молекулы воды , а )
Сила отталкивания считается положительной, а сила притяжения отрицательной. Существует такое расстояние между молекулами, на котором сила притяжения равна силе отталкивания, т. е. их результирующая сила равна нулю. Если расстояние между молекулами г>r0, преобладают силы их взаимного притяжения, если же r<r0, преобладают силы отталкивания. Таким образом, результирующая сил молекулярного взаимодействия на больших расстояниях является силой притяжения, а на малых — силой отталкивания. Следовательно, r0— это такое равновесное расстояние между молекулами, на котором они находились бы, если бы тепловое движение молекул не нарушало этого равновесия.
Описанный характер зависимости сил взаимодействия молекул от их расстояния друг от друга объясняет появление силы упругости при деформации тел. Если под действием внешних сил тело сжимается, расстояние между молекулами r становится меньше, чем r0, и появляется сила, препятствующая взаимному сближению молекул. Если же под действием внешних сил тело растягивается, то расстояние г становится больше, чем r0, и появляется сила, препятствующая взаимному удалению молекул. Вблизи точки r0 на графике участок кривой является почти прямолинейным, так как при небольшом смещении молекул из положения равновесия силы притяжения или отталкивания между ними возрастают линейно с увеличением смещения. Именно по этой причине при малых деформациях тела (т. е. в пределах его упругости) выполняется закон Гука.
1 газов
2 лифой
3 газовый обмен