Явления на границе между средами

Рассмотрим каплю жидкости на поверхности твердого тела. Для равновесия необходимо, чтобы все силы, дейст­вующие на элемент контура, пер­пендикулярный рисунку в точке О, уравновешивались. Эти силы состо­ят из сил поверхностного натяже­ния , действующих вдоль границ раздела между среда­ми. Равнодействующая этих сил уравновешивается молекулярными силами твердого тела, которые направлены вниз. Поэтому равновесие обеспечивается равенством нулю суммар­ной проекции сил на горизонтальное направление, или . Отсюда:

,

где q – краевой угол. Его выбирают в области, занятой жидкостью. Если , то говорят, что жидкость смачивает поверх­ность твердого тела. При q ® 0 имеет место полное смачивание. Если , то жидкость не смачивает поверхность. При q ® p мы имеем полное несмачивание. Наличие краевого угла приводит к искривлению поверхности жидкости вблизи стенок сосуда. Изогнутые поверхности называют менисками. Все явления, свя­занные с искривлением поверхности жидко­сти, называют капиллярными. Если капилляр погрузить одним концом в жидкость, то в результате смачивания уровень жидкости в ней будет выше, чем в сосуде, а при несмачи­вании – ниже. Найдем разность уровней между жидко­стью в капилляре радиуса г и в сосуде, полагая известными поверхностное натяжение s жидкости, ее плотность r и краевой угол q. Разность уровней h должна быть такой, что­бы гидростатический вес столба жидкости еди­ничного сечения уравновешивался дополните­льным давлением Dр под мениском. Будем счи­тать, что мениск в капилляре имеет сферическую форму. Тогда согласно формулы Лапласа, с учетом того, что , получим: , и при равновесии , поэтому:

.

Отсюда следует, что разность уровней: . Для смачивающей жидкости h > 0, т.е. уровень жидкости поднимается, для несмачивающей h < 0, значит уровень в капилляре опускается.

Дата добавления: 2014-11-20