Смачивание. Капиллярные явления.

Поверхностное натяжение и смачивание.

Радиус r молекулярного действия –расстояние (порядка 10-9м), при котором можно пренебречь силами притяжения между молекулами жидкости. Сфера радиусом r называется сферой молекулярного действия.

Силы, с которыми молекулы, находящиеся внутри сферы молекулярного действия радиусом , действуют на молекулу , направлены в разные стороны и в среднем скомпенсированы (рис.1), поэтому результирующая сила, действующая на молекулу внутри жидкости со стороны других молекул, равна нулю. Для молекулы сфера молекулярного действия лишь частично расположена внутри жидкости. В данном случае равнодействующая сил R, приложенных к каждой молекуле поверхностного слоя, не равна нулю и направлена внутрь жидкости. Таким образом, результирующие силы всех молекул поверхностного слоя оказывают на жидкость давление, называемое молекулярным (или внутренним).

Рис. 1

Поверхностная энергия – дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости.

Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно участку контура, на который она действует, и стремящаяся сократить поверхность до минимума.

Поверхностное натяжение σ -физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения к длине контура, ограничивающего поверхность.

Единица поверхностного натяжения: ньютон на метр (Н/м).

Смачивание. Капиллярные явления.

Смачивание – явление искривления свободной поверхности жидкости при соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела.

Мениск – свободная поверхность жидкости, искривленная вблизи границы ее соприкосновения с твердым телом.

Краевой угол – угол между касательными к поверхности жидкости и твердого тела (рис.2).

Рис. 2

Смачивающая жидкость – жидкость, которая смачивает твердое тело, если краевой угол острый:

Вода смачивает стекло. Силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела здесь больше, чем между молекулами самой жидкости, и жидкость стремится увеличить поверхность соприкосновения с твердым телом.

Несмачивающая жидкость – жидкость, которая не смачивает твердое тело, если краевой угол тупой:

Ртуть не смачивает стекло. Силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела здесь меньше, чем между молекулами жидкости, и жидкость стремится уменьшить поверхность своего соприкосновения с твердым телом.

Полное смачивание: .

Полное несмачивание: .

Капилляры – узкие цилиндрические трубки (их диаметр

Капиллярные явления – явления изменения высоты уровня жидкости в капиллярах.

Если капилляр поместить одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра кривизна поверхности жидкости в капилляре становится значительной (рис. 3).

Рис. 3

Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри нее поверхность жидкости – мениск – имеет вогнутую форму, если не смачивает – выпуклую.

Под вогнутой поверхностью жидкости появится отрицательное избыточное давление, в результате жидкость в капилляре поднимается, так как под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет. Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то положительное избыточное давление приведет к опусканию жидкости в капилляре.

Высота поднятия (глубина опускания) жидкости в капилляре

h= ,

где ρ - плотность жидкости; r – радиус капилляра; R – радиус кривизны поверхности; g – ускорение свободного падения.

Дата добавления: 2015-08-17