Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
|
Змочування. Капілярні явища
Змочування – явище, що виникає при контакті рідини з поверхнею твердого тіла, в результаті якого вільна поверхня рідини скривлюється. Так, крапля води розтікається на склі (рис. 6.5, а), тоді як ртуть на тій же поверхні утворює сплюснуту краплю (рис. 6.5, б). У першому випадку говорять, що рідина змочує тверду поверхню, в другому – не змочує її. Змочування залежить від характеру сил, що діють між молекулами поверхневих шарів приведених до контакту середовищ. Явище змочування характеризує краєвий кут θ – кут між дотичними
до поверхні рідини і твердого тіла.
0 < θ < Ï /2
Рідина змочує тверде тіло, якщо
крайовий кут гострий (див. рис. 6.5, а): Вода змочує скло. Сили тяжіння
між молекулами рідини і твердого тіла тут більші, ніж між молекулами самої рідини, і рідина прагне збільшити поверхню контакту з твердим тілом. Рідина не змочує тверде тіло, якщо крайовий кут тупий (див. рис. 6.5, б):
Ï /2 < θ < Ï
Ртуть не змочує скло. Сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла
в цьому разі менші, ніж між молекулами рідини, і рідина прагне зібратися
в кулю.
При θ = 0 має місце повне змочування: рідина розтікається по поверхні твердого тіла, покриваючи його тонкою плівкою. При θ = π має місце повне незмочування: рідина стягується в кульову краплю, маючи лише одну точку дотику. Звичайно, обидва випадки – дещо ідеалізовані, бо фізично неможливі нескінченно тонкі плівки і контакт двох тіл розміром з математичну, нескінченно малу точку. Аде дуже близькими до наведених визначень можна вважати реальні приклади, такі як, відповідно, гас на поверхні скла і крапля води на поверхні парафіну. Неідеальністю наведених прикладів можна знехтувати.
Змочування і незмочування – поняття відносні: рідина, що змочує
одну тверду поверхню, не змочує іншу. Наприклад, вода змочує скло, але не змочує парафін, ртуть не змочує скло, але змочує чисті поверхні металів.
На явищі змочування грунтується, наприклад, метод збагачення, флотації руди, – відокремлення руди від порожньої породи. Дрібно роздроблену руду збовтують в рідині, яка змочує порожню породу і що не змочує руду. Через цю суміш продувається повітря, а потім вона відстоюється. При цьому змочені рідиною частинки породи опускаються на дно, а крупинки мінералів «прилипають» до бульбашок повітря і спливають на поверхню рідини.
Якщо помістити один кінець вузької трубки (капіляр) у широку посудину, наповнену рідиною, то внаслідок змочування або незмочування рідиною стінок капіляра кривизна поверхні рідини в капілярі стає значною. Якщо рідина змочує матеріал капіляра, то всередині його поверхня рідини – меніск – має увігнуту форму (рис. 6.6, а), а рівень рідини всередині капіляра вище відкритої поверхні. Якщо рідина не змочує матеріал капіляра, то меніск має опуклу форму (рис. 6.6, б) а рівень рідини всередині капіляра нижче відкритої поверхні.
Під увігнутою поверхнею рідини з'явиться негативний надмірний тиск, у результаті рідина в капілярі піднімається, оскільки під плоскою поверхнею рідини в широкій посудині надмірного тиску немає. Якщо рідина не змочує стінки капіляра, то позитивний надмірний тиск приведе до опускання рідини в капілярі. Явища зміни висоти рівня рідини в капілярах називають капілярними явищами.
Рідина в капілярі піднімається або опускається на таку висоту h, при якій тиск стовпа рідини (гідростатичний тиск) ρ gh врівноважується надмірним тиском dπ 
Надмірний тиск створюється силами поверхневого натягу:
r – радіус капіляра, а косінус з’являється тому, що маємо спроектувати силу на вертикальну вісь. Отже висота підйому рідини (опускання в разі від’ємних значень) в капілярі може бути обчислена за формулою
З цієї формули виходить, що висота підйому стовпа рідини в капілярі визначається як властивостями рідини, так і радіусом r капіляра. Капілярні явища відіграють велику роль у природі й техніці. Наприклад, вологообмін у грунті й рослинах здійснюється за рахунок підняття води по якнайтонших капілярах. На капілярності засновано дію гніту, вбирання вологи бетоном, тощо.
|
Данная страница нарушает авторские права?