43.Условия равновесия на границе двух сред (жидкость  жидкость).

Явления, которые возникают на границе двух несмешивающихся жидкостей, определяются силами поверхностного натяжения. Хорошо известно, что разные жидкости ведут себя по-разному. Так, капля масла, помещенная на поверхность воды, принимает форму линзы, а капля бензина растекается на поверхности воды, образуя очень тонкую пленку. Пусть имеем границу трех сред: жидкость 1 граничит с жидкостью 2, жидкости 1 и 2 граничат со средой 3, которая представляет собой смесь воздуха и паров жидкостей 1 и 2.

Рис 1

Рассмотрим случай, когда капля жидкости 2 под действием силы тяжести втягивается в жидкость 1, приобретая форму линзы (рис.1). Граница соприкосновения трех сред представляет собой окружность. На каждый элемент длины Δl этой окружности действуют три силы: Все эти силы направлены по касательным к поверхностям соприкосновения граничащих сред: – коэффициенты поверхностного натяжения на соответствующих границах раздела. Поскольку газовые среды оказывают слабое влияние на поверхностное натяжение граничащей с ними жидкости, то можно приблизительно считать, что и .Капля жидкости 2 будет находиться в равновесии при условии, что все действующие на нее силы друг друга взаимно уравновешивают. Спроектировав все действующие на каплю 2 силы на горизонтальное и вертикальное направления, получаем: Используя выражения ,равенства можно представить в виде: Возведя в квадрат последние соотношения и сложив их, получаем: Используя обозначение , равенство можно записать в виде: Полученное равенство показывает, что угол θ определяется значениями коэффициентов поверхностного натяжения, то есть, в конечном счете, силами молекулярного взаимодействия между молекулами каждой жидкости и молекулами граничащих с ней сред.

Очевидно, что при некотором соотношении между может возникнуть ситуация, при которой cosθ окажется равным единице. Это означает, что угол θ равен нулю. Значение краевого угла θ = 0 соответствует условию, при котором жидкость 2 растекается по поверхности жидкости 1 в виде очень тонкой пленки. В этом случае принято говорить, что жидкость 2 полностью смачивает жидкость 1. Таким образом, полное смачивание наблюдается при выполнении условия В том случае, когда выполняется неравенство капля жидкости 2 на поверхности жидкости 1 будет стягиваться до тех пор, пока не наступит ситуация, соответствующая выполнению условия то условие определяет положение жидкости 2 на поверхности жидкости 1 в виде двояковыпуклой линзы, как это представлено на рис. 1.

44.Условия равновесия на границе двух сред (жидкость  тв. Тело). Смачивание.

Рассмотрим условия смачивания и несмачивания на границе жидкости с твердым телом. Следует отметить, что поверхностным натяжением обладают не только жидкости, но и твердые тела. Наличие в твердых телах строго периодической кристаллической структуры свидетельствует о наличии в них сил притяжения между молекулами. Благодаря наличию этих сил поверхностное натяжение возникает и в твердых телах. Рис1

Пусть капля жидкости 2 помещена на поверхность твердого тела 1 (рис.1). На рисунке указаны силы поверхностного натяжения, действующие на границе жидкость-твердое тело ( ), жидкость-газ ( ) и твердое тело-газ ( ). Ясно, что поведение капли на поверхности твердого тела зависит от величины этих сил.

Рассмотрим два случая. Если ,то жидкость 2 растекается по поверхности тела 1 до образования очень тонкой пленки вплоть до образования мономолекулярного слоя. При выполнении этого условия наступает полное смачивание жидкостью поверхности твердого тела. Угол θ при этом равен 0. Если при некотором соотношении между , а также значении косинус оказывается справедливым равенство: ;то имеет место так называемое неполное смачивание. Жидкость 2 растекается по поверхности твердого тела до тех пор, пока не выполнится равенство

Угол θ при этом является острым (рис.2). Некоторые жидкости на поверхности твердого тела образуют капли, равновесная форма которых определяется неравенством о имеет место так называемое неполное смачивание. При этом угол θ является тупым углом (рис.3). Силы тремятся придать капле сферическую форму, чему препятствует действующая на каплю сила тяжести. В этом случае имеет место частичное несмачивание. В реальной ситуации при взаимодействии жидкости с твердым телом реализуются, как правило, две возможности – либо частичное смачивание( , либо частичное несмачивание( . Смачивание, явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другие жидкости. Оно выражается, в частности, в растекании жидкости по твёрдой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) или другой жидкостью, пропитывании пористых тел и порошков, искривлении поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела. Так, Смачивание вызывает образование сферического мениска в капиллярной трубке, определяет форму капли на твёрдой поверхности или форму газового пузырька, прилипшего к поверхности погруженного в жидкость тела. Смачивание часто рассматривают как результат межмолекулярного (вандерваальсова) взаимодействия в зоне контакта трёх фаз (тел, сред). Однако во многих случаях, например при соприкосновении жидких металлов с твёрдыми металлами, окислами, алмазом, графитом, Смачивание обусловлено не столько межмолекулярным взаимодействием, сколько образованием химических соединений, твёрдых и жидких растворов, диффузионными процессами в поверхностном слое смачиваемого тела.