Поверхностное натяжение Краевые эффекты (смачивание, несмачивание) Капиллярные явления

Коэффициент поверхностного натяжения

Подъем жидкости в капилляре Коэффициент поверхностного натяжения

Строение жидкостей. Поверхностное натяжение жидкостей. Явление смачивания и несмачивания. Капиллярные явления. По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Так же как и газы, жидкости не сохраняют формы, передают производимое на них давление по всем направлениям без изменения. Подобно газам, свойства жидкостей не зависят от направления действия. Жидкостям, как и газам, присуща изотропия. Так же как и твердые тела, жидкости сохраняют свой объем, практически не поддаются сжатию. В то же время жидкости обладают свойством текучести, которого нет ни у твердых тел, ни у газов. Рассмотрим две молекулы покоящейся жидкости. Одна молекула находится в глубине жидкости, другая – вблизи ее границы раздела. На первую молекулу равномерно со всех сторон действуют силы межмолекулярного притяжения, которые взаимно уравновешиваются. Силы, действующие на другую молекулу значительно сильнее со стороны окружающих ее молекул, чем со стороны газа. Результирующая всех сил, действующих на другую молекулу, не равна нулю и направлена «в глубь» жидкости. Поверхностный слой жидкости производит на нее молекулярное давление, под действием сил которого молекулы жидкости стремятся перейти из поверхностного слоя в глубь жидкости. Для перемещения молекулы из глубины жидкости на ее поверхность необходимо совершить работу против сил молекулярного давления поверхностного слоя. Эта работа идет на увеличение потенциальной энергии ΔUпов поверхностного слоя данной жидкости. Поэтому поверхностное натяжение σ количественно характеризуется работой А, необходимой для увеличения площади свободной поверхности жидкости на S = 1м2 при постоянной температуре:

σ = =. По определению А = F Δx, с другой стороны А = σ S, где S = 2 Δx. Сравнивая полученные выражения, находим, что F = 2 σ. Таким образом, поверхностное натяжение жидкости численно равно силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы раздела жидкости: σ =. Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, ее температуры, наличия примесей. Молекулярные силы притяжения действуют не только между молекулами жидкости, но и между молекулами жидкости и соприкасающегося с ней твердого тела. Если силы притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает твердое тело. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами самой жидкости, то жидкость не смачивает твердое тело. Явления смачивания и несмачивания приводят к искривлению поверхности жидкости у стенок сосуда, так называемым краевым эффектам. При смачивании жидкость приподнимается у вертикальной стенки сосуда, а при несмачивании - опускается. Краевые эффекты наиболее заметны в узких длинных трубках – капиллярах. Подъем и опускание жидкости в капиллярах под действием сил поверхностного натяжения называются капиллярными явлениями.

Высота подъема жидкости в капилляре рассчитывается по формуле: h =, где σ - поверхностное натяжение, ρ – плотность жидкости, g = 9,8, r – радиус капилляра. Капиллярные явления играют существенную роль в водоснабжении растений, подъеме влаги в почве, в проникновении жидкости в пористые тела, в системе кровоснабжения легких.