Статистическая физика и термодинамика. Громов Ю.Ю - 22 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 3.9.1
h
h
a)
б)
ShlhFA ∆α
=
∆
α
=
∆
=
∆
2
н
, (3.7.2)
где S∆ – общее уменьшение площади поверхностного слоя жидкости.
По закону сохранения энергии работа
A
∆
, совершенная силами поверхностного натяжения, равна
изменению поверхностного слоя жидкости E
∆
. Следовательно
SE
∆
α
=
∆
. (3.7.3)
Если 1=∆S , то E∆=α . Коэффициент поверхностного натяжения численно равен изменению энергии
поверхностного слоя жидкости при сокращении поверхности жидкости на единицу.
3.8 Смачивание
В зависимости от характера взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела на гра-
нице их соприкосновения наблюдают явления смачивания и несмачивания. Так, например, на стекле
капля растекается, а на поверхности парафина приобретает форму сплошного шара. Зависимость формы
капли от материала подложки объясняется различием сил взаимодействия молекул жидкости
11
F с мо-
лекулами твердого тела на границе раздела двух сред
12
F . Если
1121
FF > , то жидкость смачивает твердое
тело. Если жидкость находится внутри сосуда, образуется вогнутый мениск (рис. 3.8.1, а). Если жид-
кость находится на горизонтальной поверхности твердого тела (рис. 3.8.1, б), то происходит ее растека-
ние по этой поверхности. Угол
θ
между поверхностью твердого тела и каса-
тельной, проведенной к поверхности жидкости в точке ее соприкосновения с
твердым телом, называют краевым углом. При смачивании краевой угол яв-
ляется острым, т.е.
2
0
π
<θ≤
. Случай, когда 0
=
θ
называется полным смачи-
ванием.
Если
1121
FF < , то жидкость не смачивает твердое тело. Жидкость, нахо-
дящаяся в сосуде, образует выпуклый мениск (рис. 3.8.1, в). Жидкость на
горизонтальной поверхности имеет тем меньшую площадь соприкоснове-
ния, чем больше несмачивание. Краевой угол при несмачивании тупой, т.е.
π≤θ<
π
2
. Случай
π
=
θ
соответствует полному несмачиванию.
Одно и то же твердое тело может смачиваться одними жидкостями, а
другими – не смачиваться. Например, стекло смачивается водой, а ртуть стекло не смачивает.
3.9 Капиллярные явления
С явлениями смачивания и несмачивания связано явление капиллярности. Капилляр – это трубка
очень малого диаметра. В достаточно широких сосудах короткодействующие силы притяжения между
молекулами жидкости и твердого тела удерживают в форме мениска небольшое количество жидкости в
сосуде. В капиллярах масса жидкости незначительна. Поэтому различие в силах притяжения между мо-
лекулами жидкости и твердого тела оказывает заметное влияние на жидкость.
Капиллярность – это явление подъема или опускания жидкости в капиллярах.
При смачивании жидкость в капилляре поднимается относительно уровня жидкости в сосуде. При
несмачивании, наоборот, жидкость в капилляре опускается относительно уровня жидкости в сосуде
(рис. 3.9.1).
Если жидкость смачивает капилляр, то силы притяжения между молекулами жидкости и твердого
тела превосходят силы взаимодействия между молекулами жидкости. Жидкость втягивается внутрь ка-
пилляра. Подъем жидкости продолжается до тех пор, пока молекулярные силы, действующие вверх,
уравновесятся силой тяжести столба жидкости высотой h . Определим эту высоту. Вес столба жидкости
P
по модулю равен
hrggVP
2
πρ=ρ= .
(3.9.1)
где ρ – плотность жидкости, V –
объем столба жидкости,
r
– радиус
Рис. 3.8.1
а)
б)
в)
г)
1
1
1
1
2
3
2
3
3
2
2
3
θ
θ

Страницы