Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Савельев И.В. -> "Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика" -> 141

Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.

Савельев И.В. Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика — М.: Наука, 1970. — 508 c.
Скачать (прямая ссылка): kursobsheyfizikit11970.djvu
Предыдущая << 1 .. 135 136 137 138 139 140 < 141 > 142 143 144 145 146 147 .. 150 >> Следующая


482
верхностного натяжения) второго жидкого или твердого тела.

Если граничат друг с другом сразу три вещества: твердое, жидкое и газообразное (рис. 319), то вся система принимает конфигурацию, соответствующую ми-» нимуму суммарной потенциальной энергии (поверхностной, в поле сил тяжести и т. п.). В частности, контур, по которому граничат все три вещества, располагается на поверхности твердого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться (т. е. на направление касательной к поверхности твердого

AlaK. т

Жидкость йіос-rj ~ ^^

Элемент контура ^d-тело длиною Al

Рис. 319.

тела), была равна нулю. Из рис. 319 следует, что условие равновесия элемента контура длиной А/ запишется следующим образом:

AZar, г = Д/ат, ж + Д1аж> г cos О, (145.1)

где ат,г. «т,ж и ос», г — коэффициенты поверхностного

натяжения на границах: твердое тело — газ, твердое

тело — жидкость и жидкость — газ.

Отсчитываемый внутри жидкости угол О между касательными к поверхности твердого тела и к поверхности жидкости называется краевым углом. В соот« ветствии с (145.1)

cosO= "«т, ж, (145.2)

Краевой угол определяется выражением (145.2) толь* ко при условии, что

J1 От. г-Or,»! Z1453V

аж, г

31*

483
Если (145.3) не выполняется, т.е. |ат,г — ат, ж| > «жіГ, ни при каком значении 1O не может установиться равновесие. Это имеет место в двух случаях.

1) ат, г > ат, ж + а», г- Как бы ни был мал угол Ф, сила ат,г перевешивает две другие (рис. 320,а). В этом случае жидкость неограниченно растекается по поверхности твердого тела — имеет место полное смачивание. Замена поверхности твердое тело — газ двумя поверхностями, твердое тело — жидкость и жидкость — газ, оказывается энергетически выгодной. При полном смачивании краевой угол равен нулю.

—. ¦ ->------------

Krr «т.»

б)

Рис. 320.

2) ат, ж > ост, г + аж, г- Как бы ни был угол Ь близок к я, сила ат, * перевешивает две другие (рис. 320,6), В этом случае поверхность, по которой жидкость граничит с твердым телом, стягивается в точку, жидкости отделяется от твердой поверхности — имеет место полное несмачивание. Замена поверхности твердое тело — жидкость двумя поверхностями, твердое тело-—

газ и жидкость — газ, оказывается энергетически выгодной. При полном несмачивании краевой угол равен п. ат,г eeV При соблюдении

условия (145.3) крае-Рис. 321, вой угол может ока-

заться острым или тупым В зависимости OT соотношения между ССт.г и ат, Ж. Если ат, г больше, чем ат, ж, то cos & > 0 и угол ©• — острый (рис. 321,а). В этом случае имеет место частичное смачивание. Если ат,г меньше, чем ат, ж, то cos0<0 и угол О — тупой (рис. 321,6). В этом случае имеет место частичное несмачивание.

Несмачивание может приводить к любопытным явлениям, Известно, что смазанная жиром иголка или

484
бритвенное лезвие могут держаться на поверхности воды. Объяснение этого, на первый взгляд удивительного, явления проще всего дать, исходя из энергетических соображений. Смазанная жиром поверхность стали не смачивается водой; поверхность соприкосновения сталь — вода обладает гораздо большей энергией, чем поверхность сталь — воздух или воздух — вода. Полное погружение иглы в воду сопровождается увеличением поверхностной энергии от значения Saitr (сталь — воздух) до значения SaT)H1 (сталь—вода), где S — поверхность иглы. Изменение поверхностной энергии при погружении описывается изображенной на рис. 322 кривой Епов. Буквой h обозначена высота иглы над дном сосуда; It0 — высота поверхности жидкости над уровнем дна. Зависимость от h потенциальной энергии иглы в поле земного тяготения Е.тяг имеет вид прямой, проходящей через начало координат. Полная энергия, равная сумме .Епов и Emr, имеет минимум при h = h0, что и дает возможность игле плавать на поверхности воды. Если, нажав на иглу, погрузить ее на такую глубину, чтобы полная энергия прошла через максимум и стала уменьшаться, то игла дальше будет погружаться сама и утонет.

Аналогично объясняется возможность «носить воду в решете». Если вода не смачивает решето (этого можно добиться, покрыв нити, из которых сплетено решето, парафином) и слой воды не очень велик, то небольшое перемещение уровня жидкости вниз (рис. 323) будет сопровождаться увеличением поверхностной энергии, превосходящим по величине уменьшение энергии в поле сил тяготения. Поэтому вода будет удерживаться в решете не проливаясь.

?>-о-о-<мз

Рис. 323.

Рис. 322.

485
§ 146. Капиллярные явления

Существование краевого угла приводит к тому, что вблизи стенок сосуда наблюдается искривление поверхности жидкости. В узкой трубке (капилляре1)) или в узком зазоре между двумя стенками искривленной оказывается вся поверхность. Если жидкость смачивает стенки, поверхность имеет вогнутую форму, если не сма-

в широком сосуде на величину Ар, определяемую формулой (144.4). В результате при смачивании капилляра уровень жидкости в нем будет выше, чем в сосуде, при несмачивании — ниже.
Предыдущая << 1 .. 135 136 137 138 139 140 < 141 > 142 143 144 145 146 147 .. 150 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed