Смачивание и капиллярность

При взаимодействии жидкости с твердым телом молекулы жидкости могут взаимодействовать с ним сильнее, чем между собой, или наоборот слабее. В первом случае жидкости смачи­вают твердое тело, во втором — нет. В связи с этим повер­хность жидкости на границе с твердым телом искривляется, образуется мениск. При смачивании мениск вогнутый, при не смачивании — выпуклый. Явление несмачиваемости применяется, например, при производстве плащей. Ткань из которой изготовляют плащи пропитывают специальным водоотталкивающим составом. В тонких трубках – капиллярах жидкость, либо поднимается выше уровня жидкости (жидкость смачивает трубку), либо опускается ниже общего уровня (жидкость не смачивает трубку). Если жидкость поднимается, то на неё действует сила, направленная вверх. Это сила поверхностного натяжения. Когда жидкость остановиться, сила поверхностного натяжения равна силе тяжести. mg=σ2πr → πr²hρg=σ2πr → , где ρ — плотность жидкости, а r — радиус капилляра. Отсюда видно, что с уменьшением радиуса капилляра высота подъема жидкости увеличивается.

Явление смачивания и капиллярности широко встречается в природе и используется в технике. Весьма разветвленная сис­тема капилляров имеет место в тканях живых органов, расте­ний. Действие фильтров основано на капиллярности. Пористые материалы хорошо впитывают влагу. Явление смачивания, на­пример, учитывается при сварке, спайке, смазывании деталей, обогащении руд.

Вопросы:

1. Какая физическая величина называется коэффициентом поверхностного натяжения?

2. Как определить силу поверхностного натяжения?

3. Что такое мениск?

4. Как вычислить высоту подъёма жидкости в капилляре?

5. Как вычислить глубину, на которую опускается несмачивющая жидкость в капилляре?

6. Где применяются капилляры?

ЗАДАЧИ

1. Какую работу нужно произвести, чтобы выдуть мыльный пузырь диаметром 0,24 м, если процесс раздувания изотермический?

2. С помощью пипетки отмерили 136 капли минерального масла. Их масса оказалась равной 1,5 г. Определите диаметр шейки пипетки, если коэффициент поверхностного натяжения минерального масла 3×10^-2 Н/м.

3. Какую массу имеет капля воды, вытекающая из стеклянной трубки диаметром 2∙10^-3 м, если считать, что диаметр шейки капли равен диаметру трубки?

4. Вычислите коэффициент поверхностного натяжения масла, если при пропускании через пипетку 4,6×10^-3 кг масла получено 342 капли. Диаметр шейки пипетки 1,4×10^-3 м.

5. В спирт опущена трубка. Диаметр ее внутреннего канала равен 0,3 мм. На какую высоту поднимется спирт в трубке? Плотность спирта 800 кг/м³.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 11

1. Какую работу нужно произвести, чтобы выдуть мыльный пузырь диаметром 0,14 м, если процесс раздувания изотермический?

4,9×10^-3 Дж

2. С помощью пипетки отмерили 152 капли минерального масла. Их масса оказалась равной 1,82 г. Определите диаметр шейки пипетки, если коэффициент поверхностного натяжения минерального масла 3×10^-2 Н/м.

Мм

3. Какую массу имеет капля воды, вытекающая из стеклянной трубки диаметром 10^-3 м, если считать, что диаметр шейки капли равен диаметру трубки?

2×10^-5 кг

4. Вычислите коэффициент поверхностного натяжения масла, если при пропускании через пипетку 3,6×10^-3 кг масла получено 304 капли. Диаметр шейки пипетки 1,2×10^-3 м.

31×10^-3 Н/м

5. В спирт опущена трубка. Диаметр ее внутреннего канала равен 0,5 мм. На какую высоту поднимется спирт в трубке? Плотность спирта 800 кг/м3.

2,2×10^-2 м

6. Керосин поднялся по капиллярной трубке на 15×10^-3 м. Определите радиус трубки, если коэффициент поверхностного натяжения керосина 24×10^-3 Н/м, а его плотность 800 кг/м3.

4×10^-4 м

7. Каким должен быть диаметр капиллярной трубки, чтобы вода поднималась в ней на 10^-2 м?

2,97×10^-3 м

8. В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на 11 мм. Определите плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхностного натяжения 0,022 Н/м.

800 кг/м³

1. Какую работу необходимо совершить, чтобы разбить сферическую каплю радиусом К на две одинаковые капли?

2. На поверхность воды положили жирную (полностью не смачиваемую водой) стальную иголку. Какой наибольший диаметр иголки, при котором она еще может держаться на воде?

3. Действительно ли нельзя носить воду в решете? Пусть тонкие нити решета протянуты на расстоянии 1 мм друг от друга. Сколько воды можно унести в таком решете радиуса 10 см?

Около 1 л

4. Смачиваемый водой кубик массы 20 г плавает на по­верхности воды, длина ребра кубика 3 см. На каком расстоя­нии от поверхности воды находится нижняя грань кубика?

См

5. Какой радиус должен иметь алюминиевый шарик, на­тертый парафином, чтобы он "плавал" в воде, погрузившись ровно наполовину?

Мм