явища змочування
На кордоні розділу рідини з твердим тілом виникають явища змочування або несмачіванія, обумовлені взаємодією молекул рідини з молекулами твердого тіла:
- Якщо сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла більше сил тяжіння між молекулами рідини. то рідина буде розтікатися по поверхні твердого тіла (рис.1, а). Це явище називають змочуванням.
- Якщо сила тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла менше сил тяжіння між молекулами рідини. то рідина не буде розтікатися по поверхні твердого тіла, а буде збиратися в краплю, прагнучи зменшити свою вільну поверхню (рис.1, б). Таке явище називають несмачіванія.
Рис.1 Явища змочування (а) і несмачіванія (б) рідиною поверхні твердого тіла (- крайовий кут)
Так як явища змочування і несмачіванія визначаються відносними властивостями речовин рідини і твердого тіла, одна і та ж рідина може бути смачивающей для одного твердого тіла і несмачіваемих для іншого. Наприклад, вода змочує скло і не змочує парафін.
Кількісною мірою змочування є крайовий кут кут, утворений поверхнею твердого тіла і дотичній, проведеної до поверхні рідини в точці дотику (рідина знаходиться всередині кута).
При змочуванні і чим менше кут тим сильніше змочування. Якщо крайовий кут дорівнює нулю, змочування називають повним або ідеальним. До нагоди ідеального змочування можна наближено віднести розтікання спирту по чистій поверхні скла. У цьому випадку рідина розтікається по поверхні твердого тіла до тих пір, поки не покриє всю поверхню.
При несмачіванія і чим кут, тим сильніше незмочування. При значенні крайового кута спостерігається повне незмочування. У цьому випадку рідина не прилипає до поверхні твердого тіла і легко скочується з неї. Подібне явище можна спостерігати, коли ми намагаємося вимити жирну поверхню холодною водою. Миючі властивості мила і синтетичних порошків пояснюються тим, що мильний розчин має менше поверхневий натяг, ніж вода. Велике поверхневий натяг води заважає їй проникати в дрібні пори і проміжки між волокнами тканини.
Явища змочування і несмачіванія грають важливу роль в житті людини. При таких виробничих процесах, як склеювання, фарбування, пайка дуже важливо забезпечити змочування поверхонь. У той час, як забезпечення несмачіванія дуже важливо при створенні гідроізоляції, синтезі непромокальних матеріалів. У медицині явища змочування важливі для забезпечення руху крові по капілярах, дихання і інших біологічних процесів.
Явища змочування і несмачіванія яскраво проявляються у вузьких трубках - капілярах.
капілярні явища
Капілярні явища - це підйом або опускання рідини в капілярах в порівнянні з рівнем рідини в широких трубках.
Змочувальна рідина піднімається по капіляри. Рідина, що не змочує стінки судини, опускається в капілярі.
Висота h підняття рідини по капіляри визначається співвідношенням:
де коефіцієнт поверхневого натягу рідини; щільність рідини; радіус капіляра, прискорення вільного падіння.
Глибина, на яку опускається рідина в капілярі, обчислюється за тією ж формулою.
Вигнуту поверхню рідини називають меніском.
Під увігнутим меніском смачивающей рідини тиск менше, ніж під плоскою поверхнею. Тому рідина в капілярі піднімається до тих пір. поки гідростатичний тиск піднятою в капілярі рідини на рівні плоскою поверхні не компенсує різницю тисків. Під опуклим меніском несмачіваемих рідини тиск більше, ніж під плоскою поверхнею, це призводить до опускання рідини в капілярі.
Капілярні явища ми можемо спостерігати і в природі, і в побуті. Наприклад, грунт має пухке будова і між її окремими частинками знаходяться проміжки, що представляють собою капіляри. При поливі по капілярах вода піднімається до кореневої системи рослин, забезпечуючи їх вологою. Також знаходиться в грунті вода, піднімаючись по капілярах. випаровується. Щоб зменшити ефективність випаровування, тим самим скоротивши втрати вологи, грунт розпушують, руйнуючи капіляри. У побуті капілярні явища використовуються при промоканні вологій поверхні паперовим рушником або серветкою.
Приклади розв'язання задач
У капілярної трубці радіусом 0,5 мм рідина піднялася на 11 мм. Знайти щільність даної рідини, якщо її коефіцієнт поверхневого натягу.
Висота підняття рідини по капіляри визначається формулою:
звідки щільність рідини:
Переведемо одиниці в систему СІ: радіус трубки; висота підняття рідини; коефіцієнт поверхневого натягу рідини.
Прискорення вільного падіння .
Висота підняття рідини по капіляри визначається формулою:
Обсяг стовпа рідини, що піднялася по капіляри, вважаємо як обсяг циліндра з висотою і площею основи:
підставивши співвідношення для обсягу стовпа рідини в формулу для щільності рідини, отримаємо:
З урахуванням останнього співвідношення, а також того, що радіус капіляра, висота підняття рідини по капіляри:
З останнього співвідношення знаходимо масу рідини:
Переведемо одиниці в систему СІ: діаметр трубки.
Прискорення вільного падіння .
Коефіцієнт поверхневого натягу води.
У двох капілярних трубках різного діаметра, опущених у воду, встановилася різниця рівнів 2,6 см. При опусканні цих же трубок в спирт різницю рівнів виявилася 1 см. Знаючи коефіцієнт поверхневого натягу води, знайти коефіцієнт поверхневого натягу спирту.
Висота підняття рідини в капілярі визначається формулою:
Різниця рівнів в трубках при опусканні їх у воду:
Аналогічно при опусканні трубок в спирт різницю рівнів складе:
Розділивши перше рівняння на друге, отримаємо:
звідки коефіцієнт поверхневого натягу спирту:
Щільність води щільність спирту коефіцієнт поверхневого натягу води.