2 2
2

 

Капиллярные явление. Смачиваемость поверхности.

Происхождение поверхностной энергии в жидкости было показано в предыдущем разделе.  Поскольку над поверхностью есть другие молекулы, взаимодействующие с молекулами жидкости, то поверхностная энергия и силы поверхностного натяжения зависят от материала соприкасающихся веществ. Кроме того, поверхностная энергия какой же природы имеется не только в жидкостях, но и в твердых телах. Поэтому существуют поверхностные силы

на границах раздела жидкости и газа, жидкости и твердого тела, твердого тела и газа, соответственно. В зависимости от соотношения этих сил жидкость может растекаться по поверхности твердого тела, то есть смачивать его и может принимать форму шара , то есть не смачивать поверхность.

   

где 1– краевой угол, характерный для данной пары жидкость – твердое тело.

На следующей модели можно изучить понятие краевого угла.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.

На рис. 1 изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности 1, коэффициент поверхностного натяжения 1. Верхний конец капилляра открыт. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра:

1

Отсюда следует:

Рис.  1. 

При полном смачивании 1 равен нулю. В этом случае:

При полном несмачивании краевой угол равен 180°, косинус которого равен –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла. Наоборот, ртуть полностью не смачивает стеклянную поверхность. Поэтому уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже уровня в сосуде.

Компьютерная программа позволяет изменять диаметр капилляра, плотность жидкости, величину краевого угла и коэффициент поверхностного натяжения. Выводится значение подъема или опускания жидкости. Изучить капилярные явления можно на следующщей модели.

2