Лекции для студентов

Тема 1. Химические и физические свойства природных вод — Молекулярная вязкость. Поверхностное натяжение

Молекулярная вязкость. Поверхностное натяжение.

Вяз­костью жидкости называется ее свойство оказывать сопротивление взаимному передвижению смежных слоев. Вязкость играет двой­ную роль при движении жидкости. С одной стороны, она высту­пает как фактор, формирующий скоростное поле потока, передаю­щий скорости от одного слоя к другому, сглаживающий различие скоростей в соседних точках, а с другой — как фактор, оказываю­щий сопротивление движению, т. е. способствующий превращению механической энергии в тепловую.

Коэффициент вязкости воды (m) зависит от температуры: с повы­шением температуры он значительно уменьшается.

Силы притяжения, действующие между молекулами воды, вы­зывают на поверхностях раздела вода — воздух — твердое тело яв­ление, называемое поверхностным натяжением а. Оно проявляется на границе раздела вследствие разности сил молекулярного при­тяжения, так как поверхностные молекулы испытывают притяже­ние, направленное к массе воды, большее, чем в направлении па­рообразных частиц воды, находящихся в воздухе.

Каждая молекула, расположенная под поверхностью на глу­бине, большей, чем радиус сил молекулярного притяжения, окружена со всех сторон молекулами воды, дей­ствующими на нее с некоторыми силами. Благодаря симметрич­ному расположению эти силы будут компенсироваться. Когда мо­лекула попадает в поверхностный слой воды толщиной, равной радиусу сил молекулярного притяжения, возникает равнодейст­вующая молекулярных сил, направленная внутрь жидкости. Этот радиус превышает радиус самих молекул, но нена­много, так как силы молекулярного притяжения с увеличением расстояния быстро затухают.

РИС. 3. Действие молекулярных сил на молекулу, находящуюся внутри жидкости (а) и вне ее (б)

Водоудерживающая способность (влагоемкость) снега. Образовавшаяся при таянии снега вода перво­начально содержится в виде пленочной и подвешенной капилляр­ной влаги, удерживаемой прочно на поверхности частиц снега и в промежутках между ними молекулярными и капиллярными си­лами.

Относительное количество воды, которое снег способен удер­живать в своих порах и капиллярных промежутках вне зоны ка­пиллярного поднятия в виде гигроскопической, пленочной и ча­стично гравитационной воды, представляет собой водоудерживающую способность (влагоемкость) снега у, определяемую отноше­нием количества жидкой воды h_ж к общему количеству воды h, содержащейся в данном объеме снега в жидкой и твердой фазах. Водоудерживающая способность снега может быть выражена в процентах или в долях единицы

у = h_ж/h*100%.

где h_ж — количество жидкой воды в данном объеме снега в мил­лиметрах; h — общее количество воды, содержащейся в данном объеме снега в жидкой и твердой фазах, в миллиметрах.

Водоудерживающая способность (влагоемкость) снега зависит от степени его перекристаллизации и плотности. Мелкозернистый метелевый снег обладает большей водоудерживающей способностью, чем крупнозернистый при одной и той же плотности. В процессе таяния мелкозернистый снег быстро перекристаллизовывается и его водоудерживающая способность убывает.

Влажностью снега называ­ется количество воды, содержащейся в нем в рассматриваемый мо­мент времени, выраженное в процентах к общему весу пробы влаж­ного снега.

Водоотдача. С развитием процесса таяния промежутки ме­жду частицами снега заполняются водой, сила тяжести которой превосходит капиллярные силы. Появляется так называемая гра­витационная вода, которая под действием силы тяжести передви­гается вниз, пока не достигает почвы, и пока, таким образом, не наступит момент водоотдачи.

Водоотдачей называется процесс поступления воды из снега на почву; интенсивность водоотдачи определяется количеством воды (обычно в миллиметрах слоя), поступающей из снега на поверх­ность почвы за единицу времени.