Влияние кривизны поверхности жидкости. Смачивание и несмачивание

 

Поверхность жидкости представляет собой как бы растянутую пленку, которая стремится сократиться, и при искривлении поверхности возникает добавочное давление над поверхностью жидкости.

 

Опыт 7.2. Сито и вода

Цель работы: продемонстрировать образование пленки жидкости малого радиуса на поверхности ячеек сита.

Оборудование:

1. Металлическое парафинированное сито.

2. Вода.

 

 

Рис. 112. Демонстрация опыта «Сито и вода»

 

Ход работы

Наливаем на поверхность сита небольшое количество воды. При этом вода не просачивается сквозь сито с малым размером ячеек. Если прикоснуться снизу пальцем к ситу, то образуется поверхность воды значительно меньшей кривизны и вода будет протекать через сито.

 

Вывод: вода не протекает сквозь сито, пока сохраняется пленка малого радиуса в ячейках сита.

 

Опыт 7.3. Капли различной формы

Цель работы: продемонстрировать образование различных по форме капель жидкостей в зависимости от способности жидкости смачивать поверхность.

Оборудование:

1. Столик из стекла.

2. Керосин.

3. Ртуть.

 

 

Рис. 113. Демонстрация опыта «Капли различной формы»

Ход работы

Капаем на стеклянную поверхность керосином, керосин при этом практически полностью растекается, образуя капли с большим радиусом поверхности.

Капаем ртутью, при этом форма капли остается практически сферической.

 

Вывод: форма капли сильно меняется в зависимости от способности жидкости смачивать поверхность.

Формула Лапласа:

(168)

выражает добавочное давление в результате искривления поверхности жидкости.

Поверхностная энергия жидкости или твердого тела зависит не только от их свойств, но и от свойств того вещества, с которым они граничат, то есть надо рассматривать суммарную поверхностную энергию α₁₂.

Рассмотрим теперь поведение жидкости на поверхности твердого тела (можно рассматривать и на поверхности жидкости, если они не смешиваются).

На краю поверхности жидкости соприкасаются три среды: твердое тело 1, жидкость 2 и газ 3. На поверхности раздела каждых двух сред существуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся сократить эти поверхности. Эти силы по величине равны соответствующим коэффициентам поверхностного натяжения.

 

Рис. 114. Поведение жидкости на поверхности тела: α₁₃ – на границе «твердое тело – газ»;
α₁₂ – на границе «твердое тело – жидкость»; α₂₃ – на границе «жидкость – газ»

 

Чтобы капля находилась в равновесии должно соблюдаться условие:

,

или

α₁₃ = α₁₂ + α₂₃cosθ (169)

– условиеравновесияжидкостинаповерхноститвердоготела; θ называется краевым углом и зависит:

а) от природы соприкасающихся тел;

б) от чистоты поверхностей раздела.

Как следует из равенства (169):

а) если α₁₃ > α₁₂ + α₂₃cosθ, то капля растягивается по поверхности твердого тела – смачивание. Краевой угол острый. Абсолютное смачивание – когда θ = 0;

б) если α₁₃ < α₁₂ + α₂₃cosθ, то капля стремится стянуться – несмачивание. Угол θ тупой.

 

Рис. 115. Несмачивание