15. Властивості поверхні рідини. …

Н айбільш характерною властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню – поверхневий шар. На кожну молекулу рідини діють сили притягання сусідніх молекул. Ці сили для молекул, що знаходяться всередині рідини, взаємно скомпенсовані. Рівнодійна ж сил притягання, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні, напрямлена вниз (всередину рідини) і називається силою поверхневого натягу. Мінімальну поверхню серед тіл певного об'єму має куля. Тому за відсутності (або дуже малої) дії сил рідина набуває форми кулі.

К оефіцієнт поверхневого натягу дорівнює відношенню сили поверхневого натягу F_пов до довжини лінії l, що обмежує поверхню розділу і вздовж якої вона діє по дотичній в кожній точці, перпендикулярно до будь-якого елемента лінії розділу середовищ. У СІ [σ] = Н/м.

К оли поверхневий шар рідини межує з твердим тілом, то взаємодію молекул рідини і твердого тіла слід враховувати. У повсякденному житті можна спостерігати, що крапля води розпливається по чистій поверхні скла (рис. а), але не розпливається по забрудненій жиром поверхні і має при цьому форму майже правильної кулі (рис. б). У першому випадку говорять, що вода змочує поверхню, у другому - не змочує.

Якщо взаємодія молекул рідини менша, ніж їх взаємодія з молекулами контактного твердого тіла, то маємо випадок змочування і навпаки, коли ця взаємодія більша - незмочування.

І нтенсивність змочування характеризується кутом змочування Θ, який утворюється між дотичною до поверхні рідини і поверхнею твердого тіла. Відлік кута виконують у бік рідини. Якщо - поверхня тіла змочувана, а якщо - незмочувана.

Якщо межа розділу вертикальна, поверхня рідини (меніск) у разі змочування має увігнуту форму. Поверхня рідини за вертикального розміщення тіла внаслідок незмочування має опуклу форму.

Явища змочування і незмочування відіграють важливе значення в побуті і техніці, якби вода не змочувала тіло людини, то марним було б купання. Добре змочування потрібне під час фарбування і прання, паяння, збагачення руд цінних порід та інших технічних процесів.

Я вище змочування і незмочування виявляється у піднятті і опусканні рідини в тонких трубках (капілярах) - капілярні явища.

Опустимо в рідину густиною r капіляр радіусом r≈1 мм.

Н ехай рідина змочує стінки капіляра вздовж поверхні розділу "рідина - стінки - пара". По дотичній в кожній її точці будуть діяти сили поверхневого натягу. Рівнодійна цих сил напрямлена вгору і буде піднімати рідину в капілярі. У широких трубках таке явище не спостерігається через мале значення рівнодійної сил поверхневого натягу, які через великий радіус кривизни поверхні напрямлені переважно в площині поверхні рідини. Підняття рідини в капілярі припиниться тоді, коли сила тяжіння піднятого стовпа рідини зрівноважить силу поверхневого натягу.

Висота підняття рідини для циліндричного капіляра:

де h - висота підняття рідини в циліндричному капілярі; σ - коефіцієнт поверхневого натягу рідини; ρ - густина рідини; r - радіус капіляра; g - прискорення вільного падіння.

Якщо рідина не змочує капіляр, то в цьому разі рівень рідини в ньому буде нижчим від рівня рідини в посудині і визначається за тією ж формулою.

Сили поверхневого натягу створюють додатковий Лапласівський тиск, що визначається за формулою: . Де R – радіус кривизни поверхні рідини, для повного змочування - внутрішній радіус капіляра.