
Явище змочування і капілярності в живій природі і техніці
Капілярні явища виконують велику роль в природі і техніці. Так, підйом живильного розчину по стеблу або стовбуру рослини значною мірою обумовлений явищем капілярності: розчин підіймається по тонких капілярних трубках, утворених стінками рослинних клітин. По капілярах ґрунту підіймається вода з глибинних шарів в поверхневі шари. Зменшуючи діаметр ґрунтових капілярів шляхом ущільнення ґрунту, можна усилити притоку води до поверхні ґрунту, тобто до зони випаровування, і цим прискорити висушування ґрунту. Навпаки, розпушуючи поверхню ґрунту і руйнуючи тим самим систему ґрунтових капілярів, можна затримати приток води до зони випаровування і уповільнити висушування ґрунту. Саме на цьому засновані відомі агротехнічні прийоми регулювання водного режиму ґрунту - накочення і боронування. По капілярних каналах в стінках будівель підіймається ґрунтова вода (у відсутність гідроізоляції); по капілярах гніту підіймаються змащувальні речовини (гнітюче мастило); на явищі капілярності засновано використовування промокального паперу і т.д.
Якщо
граничать один з одним три речовини:
тверде, рідке і газоподібне, то вся
система приймає конфігурацію, відповідну
мінімуму сумарної енергії (поверхневої
в полі сил тяжіння і т.п.). Зокрема контур,
за яким межують всі три речовини,
розташовується на поверхні твердого
тіла так, щоб сума проекцій всіх
прикладених до кожного елементу контуру
сил поверхневого натягу на напрям, в
якому елемент контуру може переміщатися
(тобто на напрям дотичної до поверхні
твердого тіла), було рівне нулю. Хай l
елемент контура, тоді умова рівноваги
запишеться таким чином l
т,г
= l
т,ж
+ l
ж,г
Cos
,
де
т,г,
,
т,р
і
р,г
-
коефіцієнти поверхневого натягу на
межах: тверде тіло - газ, тверде тіло -
рідина і рідина - газ. Відлічуваний
усередині рідини кут
між дотичними до поверхні твердого тіла
і до поверхні рідини можна визначити
.
Крайовий кут визначається, якщо дріб не більше одиниці. Якщо ця умова не здійснима, то в системі не може встановитися рівновага. Це має місце в двох випадках:
1) коли 0, тобто рідина необмежено розтікається по поверхні твердого тіла - явище повного змочування;
2) коли , тобто поверхня, по якій рідина межує з твердим тілом, стягується в крапку, рідина відділяється від твердої поверхні - має місце повне незмочування.
Використовуючи явище змочування, збагачують природну руду. Суть збагачення полягає в тому, щоб, видаливши порожню породу, збільшити зміст корисної копалини. Цей спосіб носить назву флотації (флотація - спливання). Роздроблену в дрібний порошок руду збовтують у воді, в яку додають невелику кількість рідині, наприклад масло. Рідина змочує корисну складову руди і не змочує порожню породу. Якщо рідина розчинна у воді, то, вдуваючи в цю суміш повітря, можна відділити обидві складові. Покриті плівкою шматочки корисної складової руди прилипатимуть до бульбашок повітря і разом з ними підійматимуться вгору. Порожня порода осідатиме на дно.