Смачивание и несмачивание
На границе соприкосновения жидкостей с твердыми телами наблюдаются явления смачивания, состоящие в искривлении свободной поверхности жидкости около твердой стенки сосуда. Поверхность жидкости, искривленная на границе с твердым телом, называется мениском. Линия, по которой мениск пересекается с твердым телом, называется периметром смачивания.
Явление смачивания характеризуется краевым углом θ между поверхностью твердого тела и мениском в точках их пересечения, т.е. в точках периметра смачивания. Жидкость называется смачивающей твердое тело, если краевой угол острый 0≤θ≤π/2. Например, вода смачивает стекло, ртуть смачивает цинк.
Для жидкостей, не смачивающих твердое тело, краевой угол тупой: π/2≥θ≥π. Например, вода не смачивает парафин, ртуть не смачивает стекло.
Если θ=0, смачивание считается идеальным или абсолютным; θ=π/2 соответствует идеальному несмачиванию. При θ=0 и θ=π наблюдается сферическая форма мениска, вогнутая или выпуклая. При θ=π/2 имеет плоскую свободную поверхность - смачивание и несмачивание отсутствует.
Различие краевых углов в явлениях смачивания и несмачивания объясняется соотношением сил притяжения между молекулами твердых тел и жидкостей и сил межмолекулярного притяжения в жидкостях. Если силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости больше, чем силы притяжения молекул жидкости друг к другу, то жидкость будет смачивающей. Если молекулярное притяжение в жидкости превышает силы притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела, то жидкость не смачивает твердое тело.
Искривление поверхности жидкости создает дополнительное (избыточное) давление на жидкость по сравнению с давлением под плоской поверхностью (Лапласово давление). Для сферической поверхности жидкости это давление выражается формулой:
где σ - коэффициент поверхностного натяжения, R – радиус сферической поверхности; pм>0, если мениск выпуклый; pм<0, если мениск вогнутый. При выпуклом мениске pм увеличивает то давление, которое существует под плоской поверхностью жидкости (например, атмосферное давление на свободную поверхность жидкости). При вогнутом мениске давление под плоской поверхностью уменьшается на величину pм. Дополнительное давление внутри сферического пузыря радиуса R вызывается избыточным давлением на обеих поверхностях пузыря и равно = pм=4σ/R.
Явление смачивания характеризуется краевым углом θ между поверхностью твердого тела и мениском в точках их пересечения, т.е. в точках периметра смачивания. Жидкость называется смачивающей твердое тело, если краевой угол острый 0≤θ≤π/2. Например, вода смачивает стекло, ртуть смачивает цинк.
Для жидкостей, не смачивающих твердое тело, краевой угол тупой: π/2≥θ≥π. Например, вода не смачивает парафин, ртуть не смачивает стекло.
Если θ=0, смачивание считается идеальным или абсолютным; θ=π/2 соответствует идеальному несмачиванию. При θ=0 и θ=π наблюдается сферическая форма мениска, вогнутая или выпуклая. При θ=π/2 имеет плоскую свободную поверхность - смачивание и несмачивание отсутствует.
Различие краевых углов в явлениях смачивания и несмачивания объясняется соотношением сил притяжения между молекулами твердых тел и жидкостей и сил межмолекулярного притяжения в жидкостях. Если силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости больше, чем силы притяжения молекул жидкости друг к другу, то жидкость будет смачивающей. Если молекулярное притяжение в жидкости превышает силы притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела, то жидкость не смачивает твердое тело.
Искривление поверхности жидкости создает дополнительное (избыточное) давление на жидкость по сравнению с давлением под плоской поверхностью (Лапласово давление). Для сферической поверхности жидкости это давление выражается формулой:
pм=2σcosθ/R, (78)
где σ - коэффициент поверхностного натяжения, R – радиус сферической поверхности; pм>0, если мениск выпуклый; pм<0, если мениск вогнутый. При выпуклом мениске pм увеличивает то давление, которое существует под плоской поверхностью жидкости (например, атмосферное давление на свободную поверхность жидкости). При вогнутом мениске давление под плоской поверхностью уменьшается на величину pм. Дополнительное давление внутри сферического пузыря радиуса R вызывается избыточным давлением на обеих поверхностях пузыря и равно = pм=4σ/R.