Здавалка
Главная | Обратная связь

Явления на границе жидкости и твердого тела.



Капиллярность.

 

Из опыта известно, что капля воды растекается на стекле и принимает форму, изображенную на рис.26.1, в то время как ртуть на той же поверхности превращаете в несколько сплюснутую каплю. В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность, во втором – не смачивает ее. Смачивание зависит от характера сил, действующих между молекулами поверхностных слоев соприкасающихся сред. Для смачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, и жидкость стремится увеличить поверхность соприкосновения с твердым телом. Для несмачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами жидкости, и жидкость стремится уменьшить поверхность своего соприкосновения с твердым телом.

Для определения условий смачивания введем понятие краевого угла. Краевой угол - это отсчитываемый внутри жидкости угол между касательными к поверхности твердого тела и к поверхности жидкости.

Если жидкость неограниченно растекается по поверхности твердого тела, имеет место полное смачивание. При полном смачивании краевой угол равен нулю. Если краевой угол острый, то имеет место частичное смачивание (рис. 26.1а)

Если поверхность, по которой жидкость граничит с твердым телом, стягивается в точку, жидкость отделяется от твердой поверхности – имеет место полное несмачивание. При полном несмачивании краевой угол равен p. Если краевой угол тупой, то имеет место частичное несмачивание (рис. 26.1б).

Смачивание или несмачивание жидкостью твердого тела приводит к тому, что вблизи стенок сосуда наблюдается искривление поверхности жидкости. В узкой трубке (капилляре) или в узком зазоре между двумя стенками искривленной оказывается вся поверхность. Если жидкость смачивает стенки, поверхность имеет вогнутую форму, если не смачивает - выпуклую. Такого рода поверхности называют менисками.

Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках или зазорах получило название капиллярности. (Лат. capillus означает волос. Капилляр – «трубка, тонкая, как волос»). Капиллярами также называют микроскопические кровеносные или лимфатические сосуды, стенка которых состоит из одной клетки.

Из-за искривления поверхности жидкости в капилляре появляется капиллярное давление, или давление Лапласа. Для выпуклой поверхности давление положительно, для вогнутой – отрицательно. Для сферической поверхности величина этого давления определяется по формуле:

.

Если опустить капилляр в смачиваемую жидкость, то жидкость в нем поднимается. Между жидкостью в капилляре и широком сосуде устанавливается разность уровней h, при которой капиллярное (добавочное) давление уравновешивается гидростатическим: . Здесь R – радиус мениска. Выразим его через краевой угол q и радиус капилляра r: . Тогда высота поднятия жидкости в капилляре: .

Смачивающая жидкость (q<p/2, cos q>0) поднимается по капилляру, и эта формула дает положительное значение h, а несмачивающая жидкость (q>p/2, cos q<0) опускается по капилляру, и формула дает отрицательные значения h. Из полученного выражения видно, что высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу.

Капиллярные явления имеют большое значение в природе и технике. Например, влагообмен в почве и в растениях осуществляется за счет поднятия воды по тончайшим капиллярам. В капилляре переменного сечения капля смачиваемой жидкости под воздействием разности лапласовских давлений втягивается в сторону его утончения. Этим объясняется т.н. расклинивающее действие смачивающих жидкостей: жидкости, проникая в микротрещины, увеличивают их и тем самым понижают прочность твердых тел.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.