- •Глава 2
- •§1 Основные математические понятия.
- •§2 Макроскопические и микроскопические системы. Постулат равновероятности. Эргодическая гипотеза. Статистический вес. Флуктуации.
- •§3 Распределение Больцмана.
- •§4 Распределение Максвелла.
- •§5 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов.
- •§6 Функция Больцмана
- •§7 Распределение энергии по степеням свободы.
- •§8 Статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна.
- •Глава 3. Процессы переноса.
- •§1 Длина свободного пробега, среднее число столкновений.
- •§2 Явления переноса.
- •§3 Молекулярная теория явлений переноса в газах.
- •Глава 4. Реальные жидкости и газы.
- •§1 Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия.
- •§2. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •§ 3. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ.
- •Часть 7—6 — отвечает газообразному состоянию;
- •Часть 2—1 — жидкому;
- •Часть 6—2, — горизонтальный участок, соответствующий равновесию жидкой и газообразной фаз вещества.
- •§ 4. Внутренняя энергия реального газа
- •§ 5. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение
- •§ 6. Смачивание
- •§ 7. Давление под искривленной поверхностью жидкости
- •§ 8. Капиллярные явления
- •§ 9. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Аморфные тела
- •§10. Фазовые переходы I и II рода
- •§ 11. Диаграмма состояния. Тройная точка
§ 6. Смачивание
Из практики известно, что капля воды растекается на стекле и принимает форму, изображенную на рис. 98, в то время как ртуть на той же поверхности превращается в несколько сплюснутую каплю (рис. 99). 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.
К
линии соприкосновения трех сред (точка
О есть ее пересечение с плоскостью
чертежа) приложены три силы поверхностного
натяжения, которые направлены по
касательной внутрь поверхности
соприкосновения соответствующих
двух сред (рис. 98 и 99). Эти силы, отнесенные
к единице длины линии соприкосновения,
равны соответствующим поверхностным
натяжениям
,
,
.
Угол
между касательными к поверхности
жидкости и твердого тела называется
краевым углом. Условием равновесия
капли (рис. 98) является равенство нулю
суммы проекций сил поверхностного
натяжения на направление касательной
к поверхности твердого тела, т. е.
,
откуда
.
(6.1)
Из
условия (6.1) вытекает, что краевой
угол может быть острым или тупым в
зависимости от значений
и
.
Если
>
,
то
и угол
— острый (рис. 98), т.е. жидкость смачивает
твердую поверхность. Если
<
,
то
и угол
— тупой (рис. 99), т. е. жидкость не смачивает
твердую поверхность.
Краевой
угол удовлетворяет условию (6.1), если
.
(6.2)
Если
условие (6.2) не выполняется, то капля
жидкости 2 ни при каких значениях
не может находиться в равновесии. Если
,
то жидкость растекается по поверхности
твердого тела, покрывая его тонкой
пленкой (например, керосин на поверхности
стекла),— имеет место полное смачивание
(в данном случае
).
Если
,
то жидкость стягивается в шаровую
каплю, в пределе имея с ней лишь одну
точку соприкосновения (например, капля
воды на поверхности парафина),— имеет
место полное несмачивание (в данном
случае
).
Смачивание и несмачивание являются понятиями относительными, т. е. жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую. Например, вода смачивает стекло, но не смачивает парафин; ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов.
Явления смачивания и несмачивания имеют большое значение в технике. Например, в методе флотационного обогащения руды (отделение руды от пустой породы) ее, мелко раздробленную, взбалтывают в жидкости, смачивающей пустую породу и не смачивающей руду. Через эту смесь продувается воздух, а затем она отстаивается. При этом смоченные жидкостью частицы породы опускаются на дно, а крупинки минералов «прилипают» к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность жидкости. При механической обработке металлов их смачивают специальными жидкостями, что облегчает и ускоряет обработку.
