§ 8-2. Змочванне. Капілярныя з'явы

Змочванне. На мяжы судакранання цвёрдых цел, вадкасцей і газаў назіраюцца з'ява змочвання або з'ява нязмочвання, якія з'яўляюцца вынікам узаемадзеяння паміж малекуламі вадкасці, цвёрдага цела і газу. Яны прыводзяць да скрыўлення паверхні вадкасці каля паверхні цвёрдага цела на мяжы з газам. Пры кантакце вадкасці з цвёрдым целам магчымы выпадкі, калі вадкасць змочвае (часткова або цалкам) або не змочвае (часткова або цалкам) яго. Так, ртуць добра змочвае чыстыя паверхні металаў і не змочвае чыстае шкло. Вада добра змочвае чыстае шкло і не змочвае тлустыя паверхні.

Свабодная паверхня вадкасці на мяжы з цвёрдым целам скрыўляецца, утвараючы меніск. Калі вадкасць змочвае паверхню цела, утвараецца ўвагнуты меніск (мал. 57.3, а), калі не змочвае — выпуклы меніск (мал. 57.3, б). На мяжы судакранання трох асяроддзяў — цвёрдага, вадкага і газападобнага — вадкасць набывае такую форму, пры якой сума патэнцыяльнай энергіі вадкасці ў гравітацыйным полі Зямлі і паверхневай энергіі ўсіх цел мінімальная (цвёрдыя целы таксама маюць паверневую энергію). Паверхневае нацяжэнне на мяжы цвёрдага цела і вадкасці абазначаюць σ_цв, на мяжы цвёрдага цела і газу — σ_цг, на мяжы вадкасці і газу — σ_вг. Калі σ_цг ≥ σ_цв + σ_вг, то вадкасць цалкам змочвае паверхню цвёрдага цела, пакрываючы яго тонкай плёнкай. Калі σ_цв ≥ σ_цг + σ_вг, то вадкасць цалкам не змочвае паверхню цвёрдага цела, сцягваючыся ў кроплю, некалькі сплюшчаную дзеяннем сілы цяжару і сілы рэакцыі апоры. У большасці выпадкаў мае месца частковае змочванне (мал. 57.4, а) або частковае нязмочванне (мал. 57.4, б).

Ад тэорыі да практыкі

1. Чаму кропля вады ці алею расцякаецца па паверхні дрэва, а кропля ртуці не расцякаецца (мал. 57.5)?

2. Чаму перад фарбаваннем паверхню папярэдне грунтуюць — пакрываюць пакостам?

З’яву змочвання выкарыстоўваюць у прамысловасці і ў быце. Добрае змочванне неабходна пры афарбоўцы і мыцці розных тканін, нанясенні лакафарбавых пакрыццяў і г. д. На з'яве змочвання заснавана склейванне розных вырабаў. Пакрыццё металічных вырабаў алейнай плёнкай для іх аховы ад карозіі мае ў аснове нязмочванне вадой тлустых паверхняў. Непрамакальнае адзенне вырабляюць з тканін, якія не змочваюцца вадой (мал. 57.6). З уласцівасцю змочвання звязана паянне металаў. Каб расплаўлены прыпой добра расцякаўся па паверхні металічных вырабаў і прыліпаў да іх, трэба гэтыя паверхні ачысціць ад тлушчу, пылу і аксіднай плёнкі.

Капілярныя з'явы. Пад капілярнымі з'явамі разумеюць з’явы падымання або апускання вадкасці ў вузкіх трубках, якія называюць капілярамі. Калі вадкасць змочвае капіляр, то пры яго частковым апусканні ў пасудзіну з гэтай вадкасцю яе ўзровень у капіляры будзе вышэйшы, чым у пасудзіне (мал. 57.7, а). Пры нязмочванні ўзровень вадкасці ў капіляры ўстанаўліваецца ніжэй узроўню вадкасці ў пасудзіне (мал. 57.7, б). Такую з'яву назіраюць, напрыклад, пры частковым апусканні шклянога капіляра ў ртуць.

Вышыня падымання (апускання) вадкасці ў капіляры залежыць ад уласцівасцей вадкасці (шчыльнасці, наяўнасці прымесей, тэмпературы) і радыуса капіляра, а таксама рэчыва, з якога ён выраблены (мал. 57.8). Калі вадкасць цалкам змочвае капіляр, то вышыню яе пад’ёму ў капіляры вызначаюць па формуле

,

дзе r — радыус капіляра, σ — паверхневае нацяжэнне вадкасці, ρ — шчыльнасць вадкасці. Калі вадкасць цалкам не змочвае капіляр, то h — глыбіня, на якую яна апускаецца ў капіляры.

Капілярныя з'явы маюць важнае значэнне ў прыродзе і тэхніцы. Так, ствол, галіны, сцябло і лісце раслін пранізаны мноствам капілярных каналаў, па якіх паступаюць пажыўныя рэчывы. Па капілярах ў глебе грунтавыя воды падымаюцца да каранёвай сістэмы раслін. Дробныя крывяносныя сасуды чалавека і жывёл можна таксама разглядаць як капіляры. Капілярныя з'явы даволі часта сустракаюцца і ў побыце. Ручнікі добра ўбіраюць у сябе ваду пры выціранні, у аўтаручцы чарніла ідзе да пяра па капіляры. Каб пазбегнуць намакання скуранога абутку, яго апрацоўваюць спецыяльнымі воданепрымальнымі сродкамі. Капілярныя з'явы ляжаць у аснове мноства тэхнічных працэсаў: пры змазцы дэталей машын і механізмаў выкарыстоўваюць кнотавы спосаб; пры афарбоўцы скуры і тканін фарба запаўняе капіляры вырабу; пры будаўніцтве дамоў падмурак аддзяляюць ад сцен руберойдам або бітумам, каб пазбегнуць капілярнага падымання вады з глебы.

1. Чым выклікана скрыўленне паверхні вадкасці паблізу сценак пасудзіны?

2. Што разумеюць пад капілярнымі з'явамі?

3. Ад чаго залежыць вышыня падымання (апускання) вадкасці ў капілярах?

4. Чаму пры пайцы алавяным прыпоем паверхню металу старанна зачышчаюць?

5. Вясной зямлю ўзворваюць і барануюць. Растлумачце, чаму гэта спрыяе захаванню вільгаці ў глебе.

Практыкаванне 5.2

1. У сцябле пшаніцы вада па капіляры падымаецца на вышыню h = 1,0 м. Вызначце радыус капіляра, калі змочванне поўнае. Шчыльнасць і паверхневае нацяжэнне вады i адпаведна.

2. У вертыкальна размешчаных сазлучаных капілярах, унутраныя дыяметры якіх d₁ = 0,60 мм і d₂ = 1,20 мм, знаходзіцца ртуць. Вызначце рознасць узроўняў ртуці ў капілярах, калі яна цалкам не змочвае паверхню капіляраў. Шчыльнасць і паверхневае нацяжэнне ртуці i адпаведна.

3. Адну з дзвюх аднолькавых капілярных трубак апускаюць у ваду, а другую — у вадкасць, паверхневае нацяжэнне якой . Вада ў першай трубцы паднялася на вышыню h_в = 15 см, а вадкасць у другой трубцы — на h_вад = 5,7 см. Вызначце шчыльнасць вадкасці, калі яна цалкам змочвае трубку. Шчыльнасць і паверхневае нацяжэнне вады i адпаведна.

4. Вызначце масу вады, якая паднялася па вертыкальна размешчаным капіляры радыусам r = 0,40 мм. Паверхневае нацяжэнне вады .

5. У доўгую адкрытую з абодвух канцоў танкасценную капілярную трубку, размешчаную вертыкальна, упрыскнулі максімальна магчымую колькасць вады, якая ўтварыла слупок вышынёй h = 3 см. Вызначце радыус трубкі, калі вада цалкам змочвае трубку. Шчыльнасць і паверхневае нацяжэнне вады i адпаведна.