Поверхностные явления

Рассмотрим простую каплю воды. Если сравнивать центр капли и ее поверхность, то можно заметить следующее, что в центре капли частицы имеют намного больше межмолекулярных связей, чем на поверхности. Разрушение межмолекулярных связей требуется совершение работы. Если глобально поверхностной слой занимает несколько атомных размеров, что приводит что его характерный размер составляет несколько астремов, из-за совершение некоторой работы в поверхностной слои приводит к изменение энтропии и др. термодинамических потенциалов. Благодаря этому выделяют особый термодинамические потенциалы, связанные с межфазной поверхности.

Выделим некоторые особенности. Производная поверхностного натяжении по температуре всегда отрицательна. Поверхностное натяжение при критической температуры равно 0. Поверхностное натяжение можно определить или пересчитать на новом значении по следующим формулам погрешность >10%.

Если задуматься, то обладая некоторой дополнительной энергии поверхностного слоя и чтобы от нее избавиться необходимо подвести дополнительную работу, почему же ее никогда не учитывают? Ответ достаточно простой, да она есть но энергия чтобы испарить некоторый объем многократного больше чем затраченная энергия для разрушение поверхностного слоя, если подчитать то эта энергия соизмерима сотой доли процента.

Формула Лапласа

Возвращаясь, к примеру, капли. Как видно капели всегда искривлены, в то же время по закону вселенной любая энергия стремиться занять минимальную возможную энергию, но искривление капли приводит к увеличению энергии затрачиваемой поверхностным слоем. Такое необычное явление объясняется, тем что внутри капли большее давление чем внешняя следствии чего поверхность искривляется. Связь между искривлением поверхности с скачком давление определяется при помощи формулы Лапласа.

Определение главных радиусов делается следующем образом. Берется интересующая точка и проводиться нормаль к поверхности далее строиться 2 ось которая имеет свой радиус кривизны. Так как таких радиусов будет бесконечное количество, то главными называют самый наименьший радиус и самый наибольший радиус кривизны. Интересный факт, что главные радиусы поверхности взаимно перпендикулярны друг другу.

Получение формулы Лапласа силовым способом. Имеется некоторая поверхность, выделим некоторую область этой поверхности прямоугольником с размерами L1 и L2. Сила искривляющая поверхность на сторонах прямоугольника определяется как длина поверхности умножено на поверхностное натяжение. Так как эти силы зеркальны, то суммарная сила направленна в цент поверхности.

Получение формулы Лапласа энергетическим способом. Имеется некоторая поверхность, выделим некоторую область этой поверхности прямоугольником с размерами L1 и L2. Подействием непонятно чего весь объект увеличился, его все радиусы кривизны увеличились на dR.

Формула Юнга

Если рассматривать капли различные жидкости на различных твёрдых поверхностях, можно заметить то, что угол с жидкой фазы до ее начала межфазной границе всегда различный. Данный угол называют краевой угол смачиваемости. Если данный угол меньше 90 градусов то такая поверхность называют гидрофобной, если больше 90 то гидрофильной, если равно 90 нейтральной. Также на этот угол сильно влияет шероховатость и чистота поверхности.

Достаточно быстро возникают проблемы с этой формулой, так как абсолютно не понятно как определять поверхностное натяжение газ/стенка и жидкость/стенка, которые используется в этой формуле.

Получение формулы Юнга силовым методом. Если рассмотреть сумма сил относительно стенки, которая должна равнять 0, просто потому что капля покоиться и принять, что линейный масштаб для сил поверхностного натяжения одинаковые то получается следующее выражение.

Получение формулы Юнга энергетическим методом. Представим следующую картину, имеется некоторая капля достаточно близко рассмотрим кон так 3 фаз. Выделим для этой капли некоторую высоту, в итоге получается прямоугольный треугольник. Далее, возьмём и немного расплющим каплю при этом высота получаемого нового треугольника остается прежней. Пускай h это высота, х другой катит треугольника, а l гипотенуза.

Изменение свободной энергии по углу смачиваемости будет равна 0

Для получения данной формуле использовалось идеальная поверхность, как измениться решение, если она будет шершавая. Измениться лишь определение dx.