Розтікання рідин. Ефект Марангоні

 

Розтікання рідини відбувається якщо робота адгезії перевищує роботу когезії для рідини, що розтікається. Різницю між роботою адгезії і когезії називають коефіцієнтом розтікання за Гаркінсом.

f=W_a-W_k=s_3,1-s_2,1-s_3,2 (2.38)

Якщо f >0, то рідина розтікається по поверхні і тим краще, чим більше f. Якщо f <0, то рідина знаходиться на поверхні у формі краплин.

Ефектом Марангоні називають розтікання рідин з меншим поверхневим натягом по поверхні рідини, що має більший поверхневий натяг. Таке розтікання відбувається в наслідок прагнення поверхні зменшити поверхневу енергію Гіббса.

При взаємному насиченні двох рідин, рідина, що розтікається може знову стягуватися у краплину з відповідним кутом змочування, при цьому W_a=W_k. Поверхневий натяг у цьому випадку визначається за правилом Антонова:

Поверхневий натяг на межі рідина-рідина двох взаємонасичених рідин дорівнює різниці поверхневих натягів їх насичених розчинів на межі з повітрям.

s_2,1^нас-s_3,1^нас=s_3,2^нас (2.39)

 

Приклад 2.5

Розрахуйте роботу адгезії ртуті до скла при 293 К, якщо відомий крайовий кут змочування 130^0.. Поверхневий натяг ртуті 475 мДж/м². зайдіть коефіцієнт розтікання ртуті на поверхні скла.

Wa = s(1 + cosq) = 475∙10^-3(1 – 0.64) = 171∙10^-3 Дж/м²

Wk = 2∙s = 2∙475∙10^-3 = 950∙10^-3 Дж/м²

f = Wa – Wk = 171∙10^-3 – 950∙10^-3 = -779∙10^-3 Дж/м²

Отже ртуть по поверхні скла не розтікається.

 

Контрольні питання:

1. Яка величина є критерієм спрямування процесів, що протікають у поверхневому шарі?

2. За яким рівнянням можна розрахувати повну поверхневу енергію? Які дані необхідні для такого розрахунку?

3. Що таке поверхневий натяг і в яких одиницях він вимірюється? Як залежить поверхневий натяг від природи речовини, що утворює поверхню?

4. Розташуйте наведені нижче рідини у порядку збільшення поверхневого натягу (при однакових зовнішніх умовах): гексан, вода, ртуть, етиловий спирт.

5. Наведіть графік і відповідне рівняння залежності поверхневого натягу від температури.

6. На чому базується метод вимірювання поверхневого натягу рідин методом капілярного підняття? Наведіть відповідне рівняння.

7. Покажіть, чому дорівнює різниця (h₂ – h₁) води в двох сполучених капілярах з діаметрами d₁ і d₂. Густина і поверхневий натяг води дорівнюють r і s, граничні кути менісків дорівнюють нулю.

8. Сформулюйте і наведіть аналітичні вирази принципів і законів формування поверхні рідин і твердих тіл.

9. Чим зумовлена сферична форма краплин рідини в умовах невагомості?

10. Що називають адгезією і когезією? Які параметри використовують для їх кількісної характеристики?

11. Який вигляд приймає рівняння Дюпре при утворенні розчину?

12. Що називають явищем змочування? Яким критерієм його оцінюють? Наведіть рівняння Юнга.

13. Наведіть рівняння Дюпре. Чому дорівнює робота адгезії за умови повного розтікання рідини по поверхні іншої фази?

14. В чому полягає відмінність між явищами адгезії та змочування?

15. Покажіть взаємозв’язок між адгезією та здатністю рідин змочувати тверду поверхню.

16. Дайте характеристику та наведіть приклади гідрофільних та гідрофобних поверхонь.

17. Який вигляд приймає рівняння Дюпре-Юнга при змочуванні на межі ліофільності іта ліофобності?

18. Що називається кутами натікання та відтікання та як їх визначити?

19. Сформулюйте правила, що описують розтікання рідин. Поясніть фізичний зміст процесів, що при цьому спостерігаються.

20. Що називають коефіцієнтом розтікання за Гаркінсоном? Сформулюйте умови розтікання рідин по твердій поверхні.

Чому при виході людини у відкритий космос спостерігали випадки самочинного прилипання металевої підошви черевика космонавта до зовнішньої поверхні космічного корабля?

Чому, якщо промаслену скалку, або промаслений аркуш паперу кинути в ставок, вони почнуть обертатися?

 

 

РОЗДІЛ 3. Дисперсність і властивості тіл