Капиллярные свойства капельной жидкости. Поверхностное натяжение капельной жидкости обусловлено силами взаимного притяжения молекул поверхностного слоя

Поверхностное натяжение капельной жидкости обусловлено силами взаимного притяжения молекул поверхностного слоя, стремящихся сократить свободную поверхность жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения s - это энергия на единицу площади:

s = , (1.15)

где Э_п – поверхностная энергия, Дж;

w – поверхность раздела, м².

Коэффициент поверхностного натяжения s зависит:

· от природы соприкасающихся сред;

· от чистоты жидкости;

· от температуры.

Например, при температуре 20 ⁰С для соприкасающихся сред имеем:

вода – воздух s = 0,073 Дж/м²;

ртуть – воздух s = 0,18 ДЖ/м².

Вещества, снижающие величину коэффициента поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ).

При повышении температуры коэффициент поверхностного натяжения снижается, а в критической точке перехода жидкости в пар – равен нулю.

Влияние поверхностного натяжения приходится учитывать при работе с жидкостными приборами для измерения давления, при истечении жидкости из малых отверстий, при образовании капель в свободных струях.

Посмотрим, что происходит на поверхности раздела трёх фаз – твёрдой, жидкой и газообразной (рис. 2).

Между поверхностью жидкости и твёрдой стенкой образуется краевой угол Q (тета).

Жидкость смачивает поверхность, если краевой угол Q менее 90⁰ (острый угол). Если краевой угол Q больше 90⁰, то жидкость не смачивает поверхность. Если краевой угол Q = 180⁰, то имеет место полное несмачивание.

а) б)

Рисунок 2 – Поведение жидкости на поверхности раздела трёх сред

От явления смачивания зависит поведение жидкости в капиллярах, В случае смачивания жидкость в трубке поднимается над уровнем свободной поверхности (рис. 3,а), а в случае несмачивания – опускается ниже уровня свободной поверхности жидкости в резервуаре (рис. 3, б).

а) б)

Рисунок 3 – Поведение жидкости в капиллярах

При работе с жидкостными приборами для измерения давления, если в качестве рабочей жидкости используется вода (жидкость смачивает твёрдую стенку), отсчёт показаний ведётся по нижнему мениску.

Высота капиллярного поднятия (или опускания) жидкости в трубке находится по формуле:

Dh = × cosQ, (1.16)

где g - удельный вес жидкости;

r – радиус трубки.

Величина называется капиллярной постоянной.

Во всех явлениях, происходящих при совместном действии сил поверхностного натяжения и сил тяжести значительную роль играет капиллярная постоянная.