56. Капиллярные явления

Капиллярные явления — это совокупность явлений, связанных с поднятием или опусканием жидкости в узких трубках (капиллярах), а также с изменением формы поверхности жидкости вблизи твердых стенок. Эти явления обусловлены действием сил поверхностного натяжения и смачиванием.

Основные аспекты капиллярных явлений:

• Капилляры: Узкие трубки с внутренним диаметром порядка миллиметров и менее. Пористые материалы также можно рассматривать как совокупность капилляров.

• Смачивание и несмачивание:

  • Смачивание: Если силы притяжения между молекулами жидкости и молекулами твердого тела (адгезия) больше сил притяжения между молекулами самой жидкости (когезия), то жидкость смачивает поверхность твердого тела. Краевой угол θ при этом острый (0° < θ < 90°).

  • Несмачивание: Если силы когезии больше сил адгезии, то жидкость не смачивает поверхность твердого тела. Краевой угол θ при этом тупой (90° < θ < 180°).

• Мениск: Искривленная поверхность жидкости в капилляре. В смачивающих жидкостях мениск вогнутый, в несмачивающих — выпуклый.

• Поднятие (или опускание) жидкости в капиллярах:

  • Смачивающая жидкость: Поднимается по капилляру выше уровня жидкости в широком сосуде. Подъем происходит до тех пор, пока сила поверхностного натяжения, направленная вверх по контуру смачивания, не уравновесится силой тяжести поднявшегося столба жидкости.

  • Несмачивающая жидкость: Опускается в капилляре ниже уровня жидкости в широком сосуде. Сила поверхностного натяжения направлена вниз и способствует опусканию жидкости.

Высота подъема (или опускания) жидкости в капилляре:

Высота подъема (h) смачивающей жидкости в капилляре радиуса (r) определяется формулой Жюрена:

h = (2σ cos θ) / (ρgr)

где: σ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости; θ — краевой угол (для полностью смачивающей жидкости cos θ ≈ 1); ρ — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения.

Для несмачивающей жидкости cos θ < 0, поэтому h получается отрицательным, что соответствует опусканию жидкости.

Примеры капиллярных явлений:

• В природе: Поднятие воды по сосудам растений. Движение влаги в почве. Кровообращение в тончайших капиллярах живых организмов. Впитывание воды губкой или полотенцем.

• В быту: Работа фитиля в керосиновой лампе или свече. Впитывание чернил промокательной бумагой. Поднятие расплавленного парафина по фитилю свечи.

• В технике: Капиллярная пропитка материалов. Работа капиллярных ручек. Разделение веществ методом капиллярного электрофореза и хроматографии. Учет капиллярных сил при строительстве (гидроизоляция фундаментов).

Капиллярные явления играют важную роль во многих природных процессах, технологиях и повседневной жизни.

57. Твердые моно- и поликристатличсские тела. Типы кристаллических твердых тел

Твердые моно- и поликристаллические тела

Твердые тела с упорядоченным расположением атомов (или ионов, молекул) называются кристаллическими. В зависимости от размера и ориентации этих упорядоченных областей выделяют два основных типа кристаллических тел: