50. Смачивание и поверхностное натяжение;

Смачивание – проявление взаимодействия молекул на трехфазной границе: твердой, жидкой или газообразной (или второй жидкой) фаз, выражающиеся в растекании жидкости по поверхности твердого тела. Молекулы, находящиеся во внутренних слоях жидкости или газа испытывают одинаковое притяжение со стороны окружающей среды. Молекулы, находящийся в поверхностном слое испытывают неравновесное состояние.

F≠0 направлено во внутрь газов, и возникающие при этом силы (сила поверхностного натяжение) стремятся уменьшить поверхность жидкости до минимальной в данных условиях. В практике капиллярного контроля поверхностным натяжением называют силы на границе раздела пенентрант – воздух. Численно равен силе, действующей на единицу длины границы раздела жидкость – газ. Численно равен работе △А, которую необходимо затратить для изометрического образования поверхности △S границы раздела ж-г (Дж/м²) – удельная свободная поверхностная энергия. σ=△А/△S . Все жидкости по отношению к твердым телам разделяют на смачивающие и несмачивающие. Смачивание контролируемой детали дефектоскопическими материалами – главное условие капиллярного контроля.

1 –газ; 2 – жидкость; 3 – твердое тело.

Если жидкость растекается до мономолекулярного слоя, то тогда имеет место полное смачивание. Краевой угол смачивания  угол ϴ с поверхностью твердого тела. Смачивание жидкостью твердой поверхностью зависит от межфазного взаимодействия молекул на границе ж – г. При смачивании твердого тела краевой угол лежит от 0..90ᵒ. Если меньше, то от 90..180ᵒ. Смачивание – результат взаимодействия сил поверхностного натяжения. Краевой угол смачивания можно определить через поверхностное натяжение соответствующих фаз. На единицу площади действует σ_тв-ж, σ_тв-газ. Уравнение Юнга σ_тв-г = σcos ϴ + σтж  σcos ϴ + σтж - σ_тв-г = 0  cos ϴ = (σ_тв-г - σ_тв-ж)/σ где σcos ϴ - сила смачивания. Поверхностное натяжения характеризуется свойствами самой жидкости. Для оценки краевого угла смачивания ϴ на шероховатой поверхности используют уравнение Винцеля – Дерягина. cosϴш = (Sш/So)cos ϴо. ϴо – краевой угол для гладкой поверхности, Sш – площадь шероховатой поверхности с учетом неровности ее рельефа, So - ее проекция на плоскость. В качестве индикаторных пенентрантов применяют жидкости с поверхностным натяжением σ=(2,5÷3,5)∙10^-2 Н/м. Величина σ уменьшается, если температура индикаторной жидкости возрастает.

51. Адгезия и когезия; Капиллярность;

Адгезия – это энергия молекулярной связи между поверхностями двух соприкасаемых фаз. Когезия – сцепление между молекулами (атомами) в объеме тела.

Термодинамическая характеристика адгезии – убыль свободной энергии на единицу площади адгезионного контакта в изометрическом обратимом процессе. При адгезии между твердым телом и жидкостью:

Wa=σ_тг + σ - σ_тж, учитывающая, что σ_тг - σ_тж = σcosϴ,

Уравнение Дюпре-Юнга:

Wa= σ(1+сosϴ)  Wk=2σ – энергия когезии.

Поскольку при разрыве поверхности образуются две новые поверхности с энергией σ, то энергия когезии = 2σ

Коэффициенты растекания S=Wa-Wk

Изменение свободной поверхностной энергии при отрыве частицы загрязнений от поверхности △Е= σ_зж+ σ_иж - σ_из где σ_зж; σ_иж; σ_из – удельная поверхностная энергия на межфазных границах «изделие-загрязнение»; «изделие-жидкость»; «загрязнение-жидкость».

Отрыв частицы возможен при △Е>0

Условие очистки поверхности от загрязнений: σ_из < σ_зж+ σ_иж . Из этого соотношения следует: для уменьшения адгезии загрязнений и поверхности необходимо максимально уменьшить σ_зж и σ_иж. Желательно сохранять величину σ_иж. В качестве моющих добавок необходимо выбирать ПАВы, адсорбирующиеся как на поверхность σ_иж, так и на поверхность раздела σ_зж.

Капилляры – трубки диаметром < 3 мм Такие дефекты называют капиллярные.

а	б

h_a, h_б, h_в – высота капиллярного подъёма; R_a, R_б, R_в – внутренний радиус капилляра, а – смачивающая капилляр жидкость; б – иесмачивающая капилляр жидкость

Высота капиллярного подъема , h > если <R

Капиллярный эффект используется в неразрушающем контроле (капиллярный контроль или контроль проникающими веществами) для выявления дефектов, имеющих выход на поверхность контролируемого изделия. Позволяет выявлять трещины с раскрытием от 1 мкм, которые не видны невооруженным глазом.