Molekulārie spēki

Molekulārie spēki ir mijiedarbības spēki, kuri darbojas starp vielas molekulām. Ja molekulas savstarpēji nepievilktos, tad visas vielas jebkuros apstākļos atrastos tikai gāzveida stāvoklī. Tikai pateicoties molekulu pievilkšanās spēkiem, molekulas noturas cita pie citas un veido šķidrumus un cietus ķermeņus.

Tomēr pievilkšanās spēki vieni paši vien nevar nodrošināt stabilus atomu un molekulu veidojumus. Ja attālumi starp molekulām ir ļoti mazi, starp molekulām darbojas atgrūšanās spēki.

Atomu un molekulu uzbūve

Atoms, bet vēl vairāk molekula ir sarežģīta sistēma, kura sastāv no atsevišķām lādētām daļiņām - elektroniem un atoma kodoliem. Kaut arī kopumā molekulas ir elektroneitrālas, starp tām nelielos attālumos darbojas ievērojami elektriskie spēki. Elektroni savstarpēji iedarbojas ar blakus esošo molekulu kodoliem. Ir ļoti grūti aprakstīt atomu un molekulu iekšienē esošo daļiņu kustību un molekulu mijiedarbības spēkus. To apskata atomfizika. Aplūkosim tikai rezultātu, aptuveni parādot divu molekulu mijiedarbības spēku atkarību no attāluma starp tām.

Atomi un molekulas sastāv no lādētām daļiņām, kurām ir pretēju zīmju lādiņi. Starp vienas molekulas elektroniem un otras molekulas atomu kodoliem darbojas pievilkšanās spēki. Tajā pašā laikā starp abu molekulu elektroniem un starp atomu kodoliem darbojas atgrūšanās spēki.

Tā kā atomi un molekulas ir elektroneitrālas, molekulārie spēki ir tuvdarbības spēki. Attālumos, kas nedaudz reižu pārsniedz molekulu izmērus, molekulu mijiedarbības spēki praktiski nedarbojas.

Molekulāro spēku atkarība no attāluma starp molekulām

Aplūkosim, kā atkarībā no attāluma starp molekulām mainās mijiedarbības spēku projekcija uz taisnes, kura savieno abu molekulu centrus. Attālumos, kas 2...3 reizes lielāki par molekulu diametru, atgrūšanās spēks praktiski vienāds ar nulli. Kaut cik manāms ir tikai pievilkšanās spēks. Attālumam samazinoties, pievilkšanās spēks pieaug un tajā pašā laikā sāk parādīties atgrūšanās spēks. Šīs spēks ļoti ātri pieaug, tikko atomu elektronu mākoņi sāk pārklāties. Tā rezultātā samērā lielos attālumos molekulas pievelkas, bet mazos - atgrūžas.

Attālumā $r_{0}\$ , kas apmēram vienāds ar molekulu rādiusu summu, rezultējošā spēka projekcija $F_{r}=0\$ , jo pievilkšanās spēka modulis ir vienāds ar atgrūšanās spēka moduli. Ja $r>r_{0}\$ , pievilkšanās spēks pārsniedz atgrūšanās spēku un rezultējošā spēka projekcija ir negatīva. Ja $r\to \infty \$ , tad $F_{r}\to 0\$ . Attālumā $r<r_{0}\$ atgrūšanās spēks pārsniedz pievilkšanās spēku.

Rādiusu attiecība	Rezultējošais spēks*
$r=r_{0}\$	$F_{r}=0\$
$r>r_{0}\$	$F_{r}<0\$
$r<r_{0}\$	$F_{r}>0\$

* ja rezultējošais spēks ir mazāks par nulli, tad molekulas pievelkas, ja lielāks par nulli, tad - atgrūžas

Elastības spēka rašanās cēloņi

Ar molekulu mijiedarbības spēku atkarību no attāluma starp molekulām izskaidrojama elastības spēku parādīšanās, ķermeņus saspiežot vai izstiepjot. Ja cenšamies satuvināt molekulas līdz attālumiem, kas mazāki par $r_{0}\$ , sāk darboties spēks, kurš traucē satuvināšanos. Un otrādi - attālinot molekulas citu no citas, darbojas pievilkšanās spēks, kurš pēc ārējās iedarbības izbeigšanās atgriež molekulas izejas stāvoklī.

Ja molekulas no līdzsvara stāvokļa novirza maz, pievilkšanās vai atgrūšanās spēki aug lineāri līdz ar novirzes palielināšanos. Tieši tāpēc, ja deformācijas ir mazas, ir spēkā Huka likums, saskaņā ar kuru elastības spēks ir proporcionāls deformācijai. Ja molekulu novirzes ir lielas, Huka likums vairs nav spēkā.

Tā kā, ķermenim deformējoties, mainās attālumi starp visām molekulām, tad uz katru molekulu slāni no kopējās deformācijas attiecas tikai niecīga daļa. Tāpēc Huka likums ir spēkā deformācijām, ja tās miljoniem reižu pārsniedz molekulu izmērus.

Skatīt arī