Краевой угол в физике кратко

Обновлено: 02.07.2024

(угол смачивания), угол q, образуемый поверхностью тв. тела (или жидкости) и плоскостью, касательной к поверхности жидкости, граничащей с телом (рис.).

Равновесное значение q определяется тремя значениями поверхностного натяжения s на границах соприкасающихся фаз: cosq=(s32-s31)/s12 (индексы соответствуют границам раздела сред, обозначенных на рис. цифрами). Это выражение справедливо в отсутствии гистерезиса смачивания. К. у. определяет степень смачивания: для идеально смачиваемых поверхностей q=0, для несмачиваемых он может быть даже больше 90°.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

Смотреть что такое "КРАЕВОЙ УГОЛ" в других словарях:

краевой угол — краевой угол; отрасл. угол смачивания Угол между свободной поверхностью или поверхностью раздела двух несмешивающихся жидкостей и твердой стенкой … Политехнический терминологический толковый словарь

краевой угол — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN angle of contact … Справочник технического переводчика

краевой угол — sąlyčio kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. angle of capillarity; angle of contact; wetting angle vok. Kontaktwinkel, m; Randwinkel, m rus. краевой угол, m; угол смачивания, m pranc. angle de capilarité, m; angle de contact, m;… … Fizikos terminų žodynas

краевой угол — [marginal angle] угол между поверхностью тела и касательной плоскостью к искривлевной поверхности жидкости в точке ее контакта с телом; характеризуется межмолекулярным взаимодействием на границе соприкосновения твердого тела, жидкости и газа… … Энциклопедический словарь по металлургии

Краевой угол — Лиофильность и лиофобность (от греч. lýo растворяю, philéo люблю и phóbos страх) характеристики способности веществ или образуемых ими тел к межмолекулярному взаимодействию с жидкостями. Интенсивное взаимодействие, т. е. достаточно сильное… … Википедия

КРАЕВОЙ УГОЛ — смотри в статье Смачивание … Металлургический словарь

краевой угол смачивания припоем — краевой угол Двугранный угол между плоскостью, касательной к поверхности припоя у границы смачивания, и смоченной припоем плоской поверхностью паяемого материала. Примечания 1. Различают равновесный краевой угол, определенный в разновеской… … Справочник технического переводчика

краевой угол натекания — Advancing Contact Angle Краевой угол натекания (наступающий краевой угол) Угол, образуемый наступающим фронтом жидкости. Обычно для измерения краевых углов на горизонтальную пластину наносят небольшую каплю. При такой процедуре жидкость… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

Величину поверхностного натяжения твердого тела непосредственно измерить трудно. Поэтому для исследования процессов взаимодействия твердых тел с жидкостями и газом пользуются косвенными методами изучения поверхностных явлений, протекающих на контактах между твердыми и жидкими телами. К таким методам относятся измерениеработы адгезии (Адгезия измеряется работой, которую надо затратить, чтобы оторвать твердое тело от жидкости в направлении нормали к поверхности раздела), исследование теплоты смачивания и углов избирательного смачивания и т. д.

Смачиванием называется совокупность явлений на границе соприкосновения трёх фаз, одна из которых обычно является твёрдым телом и две другие – несмешиваемые жидкости или жидкость и газ.

Капля жидкости может растекаться по поверхности, если поверхность хорошо смачивается, а если поверхность плохо смачивается, то капля растекаться не будет (рис. 5.5).

Гидрофильная Гидрофобная Нейтральная

Интенсивность смачивания характеризуется величиной краевого угла смачивания Θ, образованного поверхностью твёрдого тела с касательной, проведённой к поверхности жидкости из точки её соприкосновения с поверхностью (рис. 5.5, 5.6). Краевой угол (Θ) измеряется в сторону более полярной фазы, в сторону воды. Принято условно обозначать цифрой 1 водную фазу, цифрой 2 – углеводородную жидкость или газ, цифрой 3 – твёрдое тело.

Из условия равновесия векторов (предполагая, что краевой угол Θ отвечает термодинамическому равновесию) получим

откуда получается выражение для краевого угла (Θ):

В этих уравнениях величины σ_3,2 и σ₁₃ практически неизвестны. Поэтому о соотношении поверхностных натяжений σ_3,2 и σ₁₃ (т. е. о процессах, происходящих на границе твердого тела с другими фазами) судят по углу , который служит мерой смачивания жидкостями поверхности твердого тела и, следовательно, представляет

косвенную характеристику взаимодействия твердого тела с другими фазами.

Величина , если исключить влияние силы тяжести, не зависит от размеров капли и определяется лишь молекулярными свойствами поверхности твердого тела и соприкасающихся фаз. Поэтому, исходя из теории поверхностных явлений, можно установить связь краевого угла смачивания с поверхностным натяжением между твердым телом и жидкостью. Например, поверхность должна лучше смачиваться той жидкостью, которая обладает меньшей разностью полярностей между твердым телом и жидкостью, т. е. меньшей величиной поверхностного натяжения на их разделе (рис. 5.5).

Высокополярные жидкости, т. е. жидкости с высоким поверхностным натяжением, хуже смачивают твердую поверхность, чем жидкости малополярные (т. е. обладающие меньшим поверхностным натяжением). Например, такая высокополярная жидкость, как ртуть, смачивает только некоторые металлы; вода – жидкость, менее полярная, чем ртуть, поэтому вода смачивает, кроме металлов, многие минералы и кристаллические соли; малополярные масла смачивают на границе с воздухом все известные твердые тела.

По величине угла избирательного смачивания, образующегося при контакте воды, нефти и породы, наряду с другими параметрами можно судить о качестве вод и их отмывающей и нефтевымывающей способности. Лучше отмывают нефть воды, хорошо смачивающие породу. Поэтому изучению явлений смачивания в нефтепромысловом деле уделяется очень большое внимание.

Гидрофильная Гидрофобная Нейтральная

откуда получается выражение для краевого угла (Θ):

косвенную характеристику взаимодействия твердого тела с другими фазами.

На границе раздела жидкости с твердым телом возникают явления смачивания или несмачивания, обусловленные взаимодействием молекул жидкости с молекулами твердого тела:

Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости . то жидкость будет растекаться по поверхности твердого тела(рис.1, а). Это явление называют смачиванием.
Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше сил притяжения между молекулами жидкости , то жидкость не будет растекаться по поверхности твердого тела, а будет собираться в каплю, стремясь уменьшить свою свободную поверхность (рис.1, б). Такое явление называют несмачиванием.

Рис.1 Явления смачивания (а) и несмачивания (б) жидкостью поверхности твердого тела ( — краевой угол)

Так как явления смачивания и несмачивания определяются относительными свойствами веществ жидкости и твердого тела, одна и та же жидкость может быть смачивающей для одного твердого тела и несмачивающей для другого. Например, вода смачивает стекло и не смачивает парафин.

Количественной мерой смачивания является краевой угол угол, образуемый поверхностью твердого тела и касательной, проведенной к поверхности жидкости в точке соприкосновения (жидкость находится внутри угла).

$0\le \theta \le <90> При смачивании ^\circ$
и чем меньше угол тем сильнее смачивание. Если краевой угол равен нулю, смачивание называют полным или идеальным. К случаю идеального смачивания можно приближенно отнести растекание спирта по чистой поверхности стекла. В этом случае жидкость растекается по поверхности твердого тела до тех пор, пока не покроет всю поверхность.

При несмачивании ^\circ\le \theta \le ^\circ" width="122" height="17" />
и чем угол , тем сильнее несмачивание. При значении краевого угла ^\circ" width="70" height="15" />
наблюдается полное несмачивание. В этом случае жидкость не прилипает к поверхности твердого тела и легко скатывается с нее. Подобное явление можно наблюдать, когда мы пытаемся вымыть жирную поверхность холодной водой. Моющие свойства мыла и синтетических порошков объясняются тем, что мыльный раствор имеет меньшее поверхностное натяжение, чем вода. Большое поверхностное натяжение воды мешает ей проникать в мелкие поры и промежутки между волокнами ткани.

Явления смачивания и несмачивания играют важную роль в жизни человека. При таких производственных процессах, как склеивание, покраска, пайка очень важно обеспечить смачивание поверхностей. В то время, как обеспечение несмачивания очень важно при создании гидроизоляции, синтезе непромокаемых материалов. В медицине явления смачивания важны для обеспечения движения крови по капиллярам, дыхания и других биологических процессов.

Явления смачивания и несмачивания ярко проявляются в узких трубках – капиллярах.

Капиллярные явления

Капиллярные явления – это подъем или опускание жидкости в капиллярах по сравнению с уровнем жидкости в широких трубках.

Смачивающая жидкость поднимается по капилляру. Жидкость, не смачивающая стенки сосуда, опускается в капилляре.

Высота h поднятия жидкости по капилляру определяется соотношением:

$h=\frac<2\sigma> $

где коэффициент поверхностного натяжения жидкости; плотность жидкости; радиус капилляра, ускорение свободного падения.

Глубина , на которую опускается жидкость в капилляре, вычисляется по той же формуле.

Под вогнутым мениском смачивающей жидкости давление меньше, чем под плоской поверхностью. Поэтому жидкость в капилляре поднимается до тех пор. пока гидростатическое давление поднятой в капилляре жидкости на уровне плоской поверхности не скомпенсирует разность давлений. Под выпуклым мениском несмачивающей жидкости давление больше, чем под плоской поверхностью, это приводит к опусканию жидкости в капилляре.

Капиллярные явления мы можем наблюдать и в природе, и в быту. Например, почва имеет рыхлое строение и между ее отдельными частицами находятся промежутки, представляющие собой капилляры. При поливе по капиллярам вода поднимается к корневой системе растений, снабжая их влагой. Также находящаяся в почве вода, поднимаясь по капиллярам. испаряется. Чтобы уменьшить эффективность испарения, тем самым сократив потери влаги, почву разрыхляют, разрушая капилляры. В быту капиллярные явления используются при промокании влажной поверхности бумажным полотенцем или салфеткой.

Примеры решения задач

Задание	В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на 11 мм. Найти плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхностного натяжения $22\ <mN>/$ .
Решение	Высота поднятия жидкости по капилляру определяется формулой:

$h=\frac<2\sigma> $

откуда плотность жидкости:

$\rho =\frac<2\sigma> $

Переведем единицы в систему СИ: радиус трубки ^m" width="203" height="20" />
; высота поднятия жидкости ^\ m" width="219" height="20" />
; коэффициент поверхностного натяжения жидкости /=2,2\cdot ^/" width="266" height="21" />
.

$g=9,8\ <m> Ускорение свободного падения /$
.

$\rho =\frac<2\cdot 2,2\cdot ^>^\cdot 9,8\cdot 5\cdot ^>=816\ /$

Задание	Найти массу воды, поднявшейся по капиллярной трубке диаметром 0,5 мм.
Решение	Высота поднятия жидкости по капилляру определяется формулой:

$h=\frac<2\sigma> \$

$\rho =\frac<m> \$

$<\pi d^2> Объем столба жидкости, поднявшейся по капилляру, считаем как объем цилиндра с высотой и площадью основания /$
:

$V=\frac<\pi d^2h> \$

подставив соотношение для объема столба жидкости в формулу для плотности жидкости, получим:

$\rho =\frac<4m> <\pi d^2h>\$

, высота поднятия жидкости по капилляру:

$h=\frac<2\sigma> <\pi d^2h>\cdot g\cdot \frac>=\frac<\pi dh\sigma>\$

$mgh=\frac<\pi dh\sigma> $

Из последнего соотношения находим массу жидкости:

$m=\frac<\pi d\sigma> \$

$d=0,5\ mm=5\cdot <10> Переведем единицы в систему СИ: диаметр трубки ^\ m$
.

$g=9,8\ <m> Ускорение свободного падения /$
.

$\sigma =7,3\cdot <10> Коэффициент поверхностного натяжения воды ^\ /$
.

$m=\frac<\pi \cdot 5\cdot ^\cdot 7,3\cdot ^>=1,2\cdot ^\ kg$

Задание

В двух капиллярных трубках разного диаметра, опущенных в воду, установилась разность уровней 2,6 см. При опускании этих же трубок в спирт разность уровней оказалась 1 см. Зная коэффициент поверхностного натяжения воды, найти коэффициент поверхностного натяжения спирта.

Решение

Высота поднятия жидкости в капилляре определяется формулой:

$h=\frac<2\sigma> \$

Разность уровней в трубках при опускании их в воду:

$\triangle h_aq=h_1-h_2=\frac<2<\sigma> _aq>_g>\left(\frac-\frac\right)$

Аналогично при опускании трубок в спирт разность уровней составит:

$\triangle h_ =h_1-h_2=\frac_>_g>\left(\frac-\frac\right)$

Разделив первое уравнение на второе, получим:

$\frac<\triangle h_ >>=\frac__><__>$

откуда коэффициент поверхностного натяжения спирта:

$<\sigma> _=\frac__><_>\cdot \frac<\triangle h_><\triangle h_>$

Плотность воды _=1000\ /" width="152" height="22" />
плотность спирта _=789\ /" width="147" height="21" />
коэффициент поверхностного натяжения воды _=7,3\cdot ^\ /" width="177" height="22" />
.

$<\sigma> _=\frac^\cdot 789>\cdot \frac=2,2\cdot ^\ /$

Читайте также: