Макеты страниц § 80. КРАЕВОЙ УГОЛ. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯПоверхностное натяжение свойственно не только жидкостям, но и твердым телам. В общем же случае поверхностное натяжение на границе двух сред 1 и 2 следует характеризовать величиной Если граничат друг с другом три тела: твердое, жидкое и газообразное (рис. 8. 11), то система принимает конфигурацию, соответствующую минимуму свободной энергии (в совокупности с потенциальной энергией в поле силы тяжести); при этом вдоль контура, ограничивающего жидкость на твердом теле, имеет место уравновешивание трех поверхностных натяжений:
где
Рис. 8.11. Краевой угол — это угол (отсчитываемый через область, занятую жидкостью) между касательными к поверхностям твердого тела и жидкости в точке касания их границ. Если Если
Несмачивание может приводить к интересным явлениям. Так, например, смазанные маслом иголка или бритвенное лезвие могут держаться на воде. Возможно также «держать воду в решете» — в сосуде, дно которого представляет собой проволочное сито, покрытое парафином. Смачивание или несмачивание жидкостью твердого тела приводит к тому, что вблизи стенок сосуда наблюдается искривление поверхности жидкости. В узкой трубке (капилляре) или в узком зазоре между двумя стенками искривляется вся поверхность. При смачивании поверхность имеет вогнутую форму, при несмачивании — выпуклую. Такого рода поверхности называют менисками. Если опустить капилляр в смачиваемую жидкость, то под действием лапласовского давления жидкость в нем поднимается (рис. 8. 12, а). Между жидкостью в капилляре и широком сосуде устанавливается такая разность уровней
В этой формуле
Если жидкость не смачивает капилляр, то мениск выпуклый Рассмотрим поднятие смачивающей жидкости между двумя пластинами, разделенными узким зазором (рис. 9. 12, б). Если пластины параллельны, то мениск имеет цилиндрическую форму. Высота капиллярного подъема в этом случае определяется формулой
где Если сложить вместе две отшлифованные смоченные пластины, то пластины оказываются столь крепко сцепленными, что разъединить их бывает очень трудно (рис. 8.13). Это явление объясняется следующим образом. Пусть контур смачивания имеет радиус
Так как то достаточно точно можно принять
Рис. 7.12.
Рис. 8.13.
Рис. 8.14.
Пусть толщина слоя воды между пластинами стекла равна
Такую силу, направленную по нормали к пластинам, надо приложить, чтобы оторвать их друг от друга. Но под действием небольших усилий, направленных вдоль плоскости пластин, они легко соскальзывают и разделяются. Капиллярные явления имеют чрезвычайно большое значение в природе и технике. Остановимся на одном из них, наиболее ярко характеризующем практическую значимость поверхностных свойств веществ. В капилляре переменного сечения капля смачиваемой жидкости под воздействием разности лапласовских давлений втягивается в сторону его утончения (рис. 8.14). Этим объясняется так называемое расклинивающее действие смачиваемых жидкостей: жидкости, проникая в микротрещины, увеличивают их и тем самым понижают прочность твердых тел. На основе использования расклинивающего действия были разработаны чрезвычайно эффективные методы обработки различных материалов. Так, например, при шлифовании меди корундовым порошком в воде съем металла при одинаковой затрате работы возрастает более чем в два раза, если в воду введено несколько процентов масляной кислоты. ![]()
|
Оглавление
|