Формула Лапласа

Рассмотрим для примера случай круглого капилляра радиуса r, погружённого в большой сосуд с жидкостью, несмачивающей стенки капилляра. При этом внутри капилляра образуется мениск, и под действием дополнительного давления ∆p жидкость в капилляре опускается на некоторую глубину, как это показано на рис.6. В широком сосуде благодаря действию силы тяжести можно считать поверхность жидкости практически плоской. В узкой трубке, напротив, можно пренебречь действием сил тяжести по сравнению с силами поверхностного натяжения и поверхность жидкости считать сферой некоторого радиуса R. Из рисунка 6 видно, что R=r/|cosθ|, где θ – краевой угол на границе жидкость - твёрдая стенка. Продажа роз где лучше купить саженцы роз.

На уровне поверхности в капилляре давление жидкости равно p+∆p=p+2α/R, где p – внешнее давление в газе. По закону сообщающихся сосудов оно должно быть равно полному давлению на этом уровне в широком сосуде p+ρgh, где ρgh – гидростатическое давление столба жидкости плотности ρ на глубине h (g – ускорение силы тяжести). Приравнивая, получим:

p+2α/R= p+ρgh (8), откуда

h=2α/ρgR=2α|cosθ|. (9)

В точности такое же выражение мы получим и для высоты поднятия жидкости, смачивающей стенки капилляра радиуса r. При полном смачивании (например вода –стекло) θ=0, cosθ=1, радиус мениска R равен радиусу капилляра r и высота поднятия жидкости равна

h=2α/ρgr (10)

Из (9) и (10) следует, что высота поднятия или опускания жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу.

Капиллярные явления играют большую роль в природе, технике, сельском хозяйстве, в быту и при научных исследованиях. По тонким капиллярным каналам в фитиле керосин поднимается из резервуара к горелке. Если между фундаментом и стенами строящегося здания не проложить слой гидроизоляции, то влага из почвы будет подниматься по капиллярным порам кирпича и вызовет отсыревание всего здания. Если диаметр обоих колен ртутного манометра неодинаков и притом один из них – капилляр, то ртуть в них будет находиться на неодинаковом уровне, что приведёт к ошибкам в измерении давления.

Сма́чивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Смачивание бывает двух видов:

· Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)

· Контактное (состоит из трёх фаз — твердая, жидкая, газообразная)

Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).

Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:

1. молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или «жирной» поверхности. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность;

2. молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.

Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания) это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли^[1]. В случае порошков надёжных методов, дающих высокую степень воспроизводимости, пока (по состоянию на 2008 год) не разработано. Предложен весовой метод определения степени смачивания, но он пока не стандартизован.

Измерение степени смачивания весьма важно во многих отраслях промышленности (лакокрасочная, фармацевтическая, косметическая и т. д.). К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений. Состав и физические свойства покрытия стёкол и контактных линз можно сделать оптимальным по результатам измерения контактного угла^[2].

К примеру, популярный метод увеличения добычи нефти при помощи закачки воды в пласт исходит из того, что вода заполняет поры и выдавливает нефть. В случае мелких пор и чистой воды это далеко не так, поэтому приходится добавлять специальные ПАВ. Оценку смачиваемости горных пород при добавлении различных по составу растворов можно измерить различными приборами.

Дата добавления: 2015-08-13