5. Сила взаимодействия молекул. Энергия взаимодействия молекул

Как проявляется взаимодействие молекул в масштабе обычных тел? В том, что необходимо затратить энергию на деформацию любого тела, в частности, на его разрушение. Энергию нужно затрачивать и для распада порции вещества на отдельные молекулы.

Для численной оценки силы и энергии взаимодействия молекул представим себе конкретный предмет или порцию вещества как стаю очень маленьких шевелящихся обезьян, крепко сцепившимся руками (рис.3).
Пусть наш предмет имеет форму стержня с квадратным сечением, сторона квадрата а, площадь сечения S=а². Допустим, для отрыва одной обезьяны от другой требуется сила f . Рассчитаем, какая сила нужна, чтобы разорвать стержень пополам.
Очевидно, для этого нужно оторвать друг от друга обезьян, расположенных на поверхности разрыва. Каждая пара держится с силой f, тогда искомая сила F= f·N_s , где
N_s – число обезьян на поверхности разрыва. Тогда напряжение, которое может выдержать наш стержень

(14),

Это напряжение σ для конкретного материала, можно измерить. Например, взять проволочку заданного диаметра и увеличивать силу растяжения F до тех пор, пока проволочка не порвется (рис). Тогда можно рассчитать силу взаимодействия между двумя соседними молекулами:

(15),

Например, для чистых нитевидных кристаллов железа («усы») σ ≈ 10¹¹Па, m₀ =10^-25кг, ρ=7,8·10³кг/м³ получим f ≈ 4·10^-9 Н
Энергию взаимодействия молекул можно получить, если представить, что для разрыва пару молекул нужно удалить друг от друга на расстояние порядка размера молекулы l≈ а₀. Совершенная при этом работа и будет энергией взаимодействия.
Тогда энергия взаимодействия Е_п ≈ f·а₀≈4·10^-19 Дж .
Силу нужно прикладывать (а энергию – затрачивать) – не только для разделения материала на составные части, но и для сжатия материала. Об этом говорит и закон Гука, известный из механики, об этом же говорит и житейский опыт.