§ 8-2. Смачивание. Капиллярные явления
Поверхность жидкости может граничить не только с газом, но и с твёрдым телом. Какие явления можно наблюдать в этом случае?
Смачивание. На границе соприкосновения твёрдых тел, жидкостей и газов наблюдаются явления смачивания или несмачивания, которые являются результатом взаимодействия между молекулами жидкости, твёрдого тела и газа. Они приводят к искривлению поверхности жидкости около поверхности твёрдого тела на границе с газом. При контакте жидкости с твёрдым телом возможны случаи, когда жидкость смачивает (частично или полностью) или не смачивает (частично или полностью) его. Так, ртуть хорошо смачивает чистые поверхности металлов и не смачивает чистое стекло. Вода хорошо смачивает чистое стекло и не смачивает жирные поверхности.
Свободная поверхность жидкости на границе с твёрдым телом искривляется, образуя мениск. Если жидкость смачивает поверхность тела, образуется вогнутый мениск (рис. 57.3, а), если не смачивает — выпуклый мениск (рис. 57.3, б). На границе соприкосновения трёх сред — твёрдой, жидкой и газообразной — жидкость принимает такую форму, при которой сумма потенциальной энергии жидкости в гравитационном поле Земли и поверхностной энергии всех тел минимальна (твёрдые тела также обладают поверхностной энергией). Поверхностное натяжение на границе твёрдого тела и жидкости обозначают σтж, на границе твёрдого тела и газа — σтг, на границе жидкости и газа — σжг. Если σтг ≥ σтж + σжг, то жидкость полностью смачивает поверхность твёрдого тела, покрывая его тонкой плёнкой. Если σтж ≥ σтг + σжг, то жидкость полностью не смачивает поверхность твёрдого тела, стягиваясь в каплю, несколько сплюснутую действием силы тяжести и силы реакции опоры. В большинстве случаев имеет место частичное смачивание (рис. 57.4, а) или частичное несмачивание (рис. 57.4, б).
1. Почему капля воды или масла растекается по поверхности дерева, а капля ртути не растекается (рис. 57.5)?
2. Почему перед окраской поверхность предварительно грунтуют — покрывают олифой?
Явление смачивания используют в промышленности и в быту. Хорошее смачивание необходимо при окраске и мытье разных тканей, нанесении лакокрасочных покрытий и т. д. На явлении смачивания основано склеивание различных изделий. Покрытие металлических изделий масляной плёнкой для их защиты от коррозии основано на несмачивании водой жирных поверхностей. Непромокаемую одежду изготавливают из тканей, которые не смачиваются водой (рис. 57.6). Со свойством смачивания связана пайка металлов. Чтобы расплавленный припой хорошо растекался по поверхности металлических изделий и прилипал к ним, нужно эти поверхности очистить от жира, пыли и оксидной плёнки.