3. Явление смачивания.

С мачивание - поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости и твердого тела. Оно проявляется в растекании жидкости по твердой поверхности, пропитывании по­ристых тел, образовании мениска - искривленная поверхность жидкости внутри узкой (капиллярной) трубки.

Н а молекулу , находящуюся на поверхности жидкости, соприкасающейся о твердым телом, действуют молекулярные силы со стороны твердого тела , молекул жидкости и газа, взаимодействием с молекулами которого можно пренебречь. В за­висимости от соотношения сил и их равнодействующая может быть направлена либо в сто­рону твердого тела (Рис.12.3), либо в сторону жидкости (Рис. 12.4). В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердое тело. Во втором случае жидкость не смачивает твердое тело. При равновесии жидкости с твердым телом ее поверхность, если она смачивает твердое тело, несколько приподымается, образуя вогнутый мениск. В другом случае поверхность жидкости несколько опускается, образуя выпуклый мениск (Рис.12.5,12.6). Количественной мерой смачиваемости жидкости служит краевой угол .

Краевым углом называется угол между касательной поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела. Он отсчитывается внутрь поверхности жидкости. Если жидкость смачивает поверхность, то , если же жидкость не смачивает поверхность, то .

4. Формула Лапласа.

Поверхность жидкости представляет собой как бы натянутую резиновую пленку, которая благодаря силам поверхностного натяжения стремится сократиться. Поэтому под ее искривленной поверхностью возникает добавочное давление, точно так же, как внутри резинового шара или мыльного пузыря давление на определенную величину больше давления наружного воздуха.

Для вычисления этого давления рассмотрим шарообразную каплю жидкости радиуса . Для изменения объема капли на необходимо затратить работу , которая идет на изменение поверхностной энергии . Таким образом,

(12.5)

Так как для шара , то:

Подставляя это в (12.5), получим:

(12.6)

Это выражение называют формулой Лапласа, которая опреде­ляет избыточное (капиллярное) давление - положительное под выпуклой поверхностью и отрицательнее - под вогнутой.

5. Капиллярность.

Смачивание жидкостью поверхности твердого тела проявляется при движении жидкости в узких трубках - капиллярах. Если жидкость смачивает капилляр, то вследствие вогнутого мениска капиллярное давление будет приподымать уровень жидкости, и, наоборот, если жидкость не смачивает капилляр, то уровень жидкости будет опускаться. Определим высоту поднятия (опускания) жидкости. Пусть жидкость смачивает капилляр (Рис.12.7). В этом случае мениск вогнутый и капиллярное давление отрицательно. Жидкость будет подыматься, пока его давление уравновесится давлением столба жидкости:

Если - радиус капилляра, то радиус мениска и

(12.7)

Эта формула называется законом Пюрена.

Капиллярные явления широко проявляются в природе, смачивание используется при флотации, облегчает механическую обработку металлов, влияет на моющее действие мыл.