Тема: «Смачивание и капиллярность»

1.Смачивание. Краевой угол

Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть её, то ртути на ней не окажется. Если же палочку опустить в воду, то после вытаскивания на её конце остается капля воды. Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло, но не смачивает парафин.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей это вещество. Например, ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.

Расположим горизонтально плоскую пластину из какого-либо твердого вещества и капнем на неё исследуемую жидкость. Тогда капля расположится либо так, как показано на рис. 24, а., либо так как на рис. 24, б.

В первом случае жидкость смачивает твердое вещество, а во втором – нет. Отмеченный на рис. 24 угол называют краевым углом.

Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, проходящей через точку А, где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри краевого угла всегда находится жидкость.

Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих – тупой. Чтобы действие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.

рис. 24

рис. 25

Поскольку краевой угол сохраняется при вертикальном положении твердой поверхности, то смачивающая жидкость у краев сосуда, в который она налита, поднимается (рис. 25, а), а не смачивающая жидкость опускается (рис. 25, б).

Мерой смачивания обычно служит косинус краевого угла, т.е. , который положителен для не смачивающих жидкостей и отрицателен для не смачивающих.

При полном смачивании

В этом случае жидкость растекается по всей поверхности твердого тела. Получить на горизонтальной поверхности тела каплю при полном смачивании нельзя. Например, вода полностью смачивает чистую поверхность стекла.

При полном не смачивании . Маленькая капля жидкости на горизонтальной поверхности твердого тела в этом случае должна иметь форму шара.

2. Мениск. Давление, создаваемое искривлённой поверхностью жидкости

Искривление поверхности жидкости у краёв сосуда легко обнаружить на опыте. Особенно отчётливо это видно в узких трубках, где искривляется вся свободная поверхность жидкости.

В трубке с круглым сечением эта поверхность представляет собой часть поверхности сферы и называется мениском (от греческого «менискос» - лунный серп).

У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск (рис.26.а), а у не смачивающей – выпуклый мениск (рис. 26, б)

рис. 26

Так как площадь поверхности мениска больше, чем площадь внутреннего сечения трубки, то под действием молекулярных сил искривлённая поверхность жидкости стремиться выпрямиться и этим создает дополнительное давление р_л, которое при смачивании (вогнутый мениск) направлено от жидкости, а при не смачивании (выпуклый мениск) – внутрь жидкости.

Это давление было определено французским учёным П.Лапласом, поэтому его называют лапласовским давлением р_л..

Для сферической формы свободной поверхности жидкости с радиусом R это давление выражается формулой

(89)