Явления смачивания и не смачивания. Краевой угол.

 

Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть ее, то ртути на ней не окажется. Если же эту палочку опустить в воду, то после вытаскивания на ее конце останется капля воды. Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стек­ла, а молекулы воды притягива­ются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.

Если молекулы жидкости при­тягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют сма­чивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин. Если молекулы жидкости притя­гиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют несмачивающей это вещество. Ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.

Расположим горизонтально плоскую пластинку из какого-либо твердого вещества и капнем на нее исследуемую жидкость. Тогда капля расположится либо так, как показано на рис.5(а), либо так, как показано на рис. 5(б).

Рис.5 (а) Рис.5(б)

В первом случае жидкость смачивает твердое вещество, а во втором — нет. Отмеченный на рис.5 угол θ называюткраевым углом. Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри крае­вого угла всегда находится жидкость. Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих — тупой. Чтобы дей­ствие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.

Поскольку краевой угол θ сохраняется при вертикальном поло­жении твердой поверхности, то смачивающая жидкость у краев сосуда, в который она налита, при­поднимается, а несмачивающая жидкость опускается

 

Рис 6

При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1.

 

4.Капиллярные явления в природе и тех­нике.

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

Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей F_н сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: F_т = F_н, где F_т = mg = ρ hπ r²g, F_н = σ 2π r cos θ.

Отсюда следует:

 

Искривление поверхности жидкости в узких трубках приво­дит к кажущемуся нарушению закона сообщающихся сосудов.

Рис.6(б)

Рис.6(а)

 

Из формулы видно, что высота h тем больше, чем меньше внут­ренний радиус трубки ч. Подъем воды имеет значительную величину в трубках, внутренний диаметр которых соизмерим с диаметром волоса (или еще меньше); поэтому такие трубки называют капил­лярами (от греческого «капиллярис» — волосной, тонкий). Смачивающая жидкость в капиллярах поднимается вверх (рис.6, а), а несмачивающая — опускается вниз (рис.6, б). Явления, обусловленные втягиванием смачивающих жидкостей в капилляры или выталкиванием несмачивающих жидкостей изкапилляров, называются к а пиллярными явлениям и.

Капиллярные явления можно наблюдать не только в трубках,

но и в узких щелях. Если опустить в воду две стеклянные пластины так, чтобы между ними образовалась узкая щель, то вода между пластинами поднимется, и тем выше, чем ближе они расположены. Капиллярные явления играют большую роль в природе и тех­нике. Множество мельчайших капилляров имеется в растениях. В деревьях по капиллярам влага из почвы поднимается до вершин деревьев, где через листья испаряется в атмосферу. В почве имеются капилляры, которые тем уже, чем плотнее почва. Вода по этим ка­пиллярам поднимается до поверхности и быстро испаряется, а землястановится сухой. Ранняя весенняя вспашка земли разрушает капилляры, т. е. сохраняет подпочвенную влагу и увеличивает урожай.

В технике капиллярные явления имеют огромное значение, на­пример, в процессах сушки капиллярно-пористых тел и т. п. Боль­шое значение капиллярные явления имеют в строительном деле. Например, чтобы кирпичная стена не сырела, между фундаментом дома и стеной делают прокладку из вещества, в котором нет капил­ляров. В бумажной промышленности приходится учитывать капил­лярность при изготовлении различных сортов бумаги. Например, при изготовлении писчей бумаги ее пропитывают специальным со­ставом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, в промокательной бумаге, в перьях для по­дачи чернил и т. п.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: