II. Методические указания

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

для проведения практического занятия по дисциплине

«Физика поверхности»

Практическое занятие 3.

Смачивание и растекание жидкостей на поверхности твердых тел.

Решение задач

Саратов – 2013

Тема № 1. Поверхностные явления и адсорбция

Практическое занятие 3. Смачивание и растекание жидкостей на поверхности твердых тел. Решение задач

Учебные и воспитательные цели:

1. Научить студентов проводить расчеты свободной поверхностной энергии, работы адгезии и когезии, коэффициента растекания жидкостей.

2. Формировать навыки решения типовых задач, устного и письменного изложения учебного материала, работы с учебной и справочной литературой.

Учебно-материальное обеспечение

а) Литература:

1. Введение в физику поверхности / К. Оура [и др.]. – М.: Наука, 2006, – 492 с.

2. Праттон, М. Введение в физику поверхности / М. Праттон. – Ижевск: Изд-во «РХД», 2000. – 256 с.

3. Киселев, В.Ф. Основы физики поверхности твердого тела / В.Ф. Киселев, С.Н. Козлов, А.В. Зотеев. – М.: Изд-во МГУ, 1999. – 248 с.

4. Зенгуил, Э. Физика поверхности / Э. Зенгуил. – М.: Мир, 1990. – 536 с.

б) Слайды:

1. «Работа адгезии и когезии»

2. «Краевой угол смачивания»

II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

I. Теоретические вопросы

1. Что такое дисперсная система, дисперсная фаза, дисперсионная среда?

2. Как рассчитать дисперсность, удельную поверхность?

3.Что называется свободной поверхностной энергией? Механизм ее возникновения. По какой формуле ее можно рассчитать?

4. Что такое поверхностное натяжение? В каких единицах измеряется?

5.Что означают следующие понятия: когезия, адгезия? Как количественно характеризуются эти явления? (работа когезии и работа адгезии)

6. По какой формуле рассчитывают работу когезии?

7. По каким формулам можно вычислить работу адгезии? Уравнение Дюпре. Уравнение Дюпре-Юнга. Какие величины необходимо знать для проведения расчетов по этим двум уравнениям? (в первом случае – межфазное натяжение, во втором случае – косинус краевого угла)

8. Что такое краевой угол смачивания? Что является критерием смачивания? (величина краевого углаq или соsq).

9. Когда происходит растекание жидкости? Как вычислить коэффициент растекания? (разность работы адгезии и когезии).

По отработке учебных вопросов.

а) По отработке первого учебного вопроса: «Свободная поверхностная энергия и поверхностное натяжение»

Необходимо отметить, что в справочниках даются значения коэффициентов поверхностного натяжения для поверхности раздела «вещество – воздух». Для твердых веществ эти коэффициенты определяются достаточно сложно

Далее предлагается решить задачу на сравнение дисперсности, удельной поверхности и свободной поверхностной энергии двух дисперсных систем, отличающихся размером частиц (1 мкм и 2 мм). После расчета дисперсности, удельной поверхности и свободной поверхностной энергии необходимо, чтобы студенты сами сделали вывод о том, как зависят эти величины от размера частиц (задача № 1).

б) По отработке второго учебного вопроса: «Смачивание и растекание. Расчет работы когезии и адгезии»

Перед решением задач необходимо вспомнить основные понятия и формулы для проведения расчетов (вопросы 5-9).

При отработке второго учебного вопроса студенты последовательно разбирают ряд типовых задач. Они учатся рассчитывать работу когезии и адгезии с использованием уравнения Дюпре и Дюпре – Юнга, коэффициенты растекания жидкостей на различных поверхностях.

При решении задачи № 2 (на расчет работы когезии), студенты делают вывод о том, что работа когезии зависит только от поверхностного натяжения жидкости.

Решая задачи № 3 и № 4, студенты учатся рассчитывать работу адгезии по уравнению Дюпре и уравнению Дюпре-Юнга. При расчетах по уравнению Дюпре-Юнга можно сразу обратить внимание на то, в каком случае жидкость смачивает поверхность, в каком случае не смачивает.

Решая задачи № 5 и № 6, студенты рассчитывают коэффициенты растекания и делают выводы о том, растекается ли жидкость на поверхности. Особенно интересный случай – взаимное растекание жидкостей (бензол растекается по воде, но вода не растекается по бензолу).

В нескольких задачах в качестве примера неполярной жидкости взят бензол, а в качестве полярной жидкости – вода. Это позволяет расчетные данные одних задач использовать при решении следующих задач.

1. По заключительной части.

В конце занятия необходимо подвести итог, сделать общие выводы из всех проделанных расчетов. Необходимо отметить хорошо работающих студентов и назначить консультацию для плохо успевающих.