-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 7. Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå â æèäêîñòÿõ § 7.5. Ñìà÷èâàíèå è íåñìà÷èâàíèå
ßâëåíèÿ íà ãðàíèöå æèäêîñòü — òâåðäîå òåëîÍà ãðàíèöå æèäêîñòü — òâåðäîå òåëî óæå íåëüçÿ íå ñ÷èòàòüñÿ ñ ñèëàìè ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè æèäêîñòè è ìîëåêóëàìè òâåðäîãî òåëà. Áîëåå òîãî, â ðÿäå ñëó÷àåâ ñèëà ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè æèäêîñòè è òâåðäîãî òåëà îêàçûâàåòñÿ áîëüøå ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè ñàìîé æèäêîñòè.  ýòîì ñëó÷àå ïðî æèäêîñòü ãîâîðÿò, ÷òî îíà ñìà÷èâàåò òâåðäîå òåëî. Åñëè ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè æèäêîñòè áîëüøå ñèë ïðèòÿæåíèÿ ìîëåêóë òâåðäîãî òåëà è ìîëåêóë æèäêîñòè, òî òàêàÿ æèäêîñòü íàçûâàåòñÿ íåñìà÷èâàþùåé. Òàê, ñòåêëî ñìà÷èâàåòñÿ âîäîé, íî íå ñìà÷èâàåòñÿ ðòóòüþ. Çíà÷èò, ñèëà ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè âîäû è ìîëåêóëàìè ñòåêëà áîëüøå ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ìîëåêóë âîäû.  ñëó÷àå ðòóòè è ñòåêëà ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè ðòóòè è ñòåêëà ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèëàìè ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè ðòóòè. Ýòî ïîäòâåðæäàåò ñëåäóþùèé îïûò. Ïîäâåñèì íà ÷àøêå âåñîâ ñ óêîðî÷åííûì ïîäâåñîì ÷èñòóþ ñòåêëÿííóþ ïëàñòèíêó è ïîäâåäåì ïîä íåå ñíèçó ñîñóä ñ âîäîé. Ñîïðèêàñàÿñü ñ âîäîé, ïëàñòèíêà ñìà÷èâàåòñÿ è óäåðæèâàåòñÿ åþ. ×òîáû îòîðâàòü ïëàñòèíêó îò âîäû, íàäî íà äðóãóþ ÷àøêó âåñîâ ïîëîæèòü íåáîëüøîé ãðóç (ðèñ. 7.14, à). Íèæíÿÿ ÷àñòü îòîðâàâøåéñÿ ïëàñòèíêè îêàçûâàåòñÿ ïîêðûòîé âîäîé (ðèñ. 7.14, á). Ýòî äîêàçûâàåò, ÷òî ðàçðûâ ïðîèçîøåë íå ìåæäó ïîâåðõíîñòÿìè ïëàñòèíêè è âîäû, à ìåæäó ñëîÿìè âîäû. Ñëåäîâàòåëüíî, ñèëà ïðèòÿæåíèÿ ìîëåêóë ñòåêëà è ìîëåêóë âîäû áîëüøå ñèëû ïðèòÿæåíèÿ ìîëåêóë âîäû äðóã ê äðóãó.
Åñëè ìû ïðèâåäåì òó æå ñòåêëÿííóþ ïëàñòèíêó â ñîïðèêîñíîâåíèå íå ñ âîäîé, à ñî ðòóòüþ, òî ïðè ýòîì íèæíÿÿ ÷àñòü ïëàñòèíêè îñòàíåòñÿ ÷èñòîé (ðèñ. 7.14, â). Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìîëåêóëàìè ðòóòè ñèëüíåå, ÷åì âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìîëåêóëàìè ñòåêëà è ðòóòè. Çäåñü ìîæíî ïðèâåñòè àíàëîãèþ ñ ðàñòÿãèâàåìîé öåïüþ, êîòîðàÿ ðâåòñÿ òàì, ãäå ó íåå ñàìîå ñëàáîå çâåíî. Îòëè÷èòü ñìà÷èâàþùóþ æèäêîñòü îò íåñìà÷èâàþùåé î÷åíü ïðîñòî. Äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî íàíåñòè êàïëþ æèäêîñòè íà ïîâåðõíîñòü òâåðäîãî òåëà. Åñëè æèäêîñòü ñìà÷èâàåò òåëî, òî êàïëÿ ðàñòåêàåòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè, íåñìà÷èâàþùàÿ æèäêîñòü íå ðàñòåêàåòñÿ (ðèñ, 7.15).
ÌåíèñêÔîðìà ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè â òîì ìåñòå, ãäå îíà ñîïðèêàñàåòñÿ ñ òâåðäîé ñòåíêîé è ãàçîì, çàâèñèò îò òîãî, ñìà÷èâàåò èëè íå ñìà÷èâàåò æèäêîñòü ñòåíêè ñîñóäà. Åñëè æèäêîñòü ÿâëÿåòñÿ ñìà÷èâàþùåé, òî óãîë
Òîëüêî óäàëåííàÿ îò ñòåíîê ñîñóäà ÷àñòü ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè ãîðèçîíòàëüíà. Ñáëèæàÿ ïðîòèâîïîëîæíûå ñòåíêè (áåðÿ áîëåå óçêèé ñîñóä), ìû áóäåì ñîêðàùàòü ãîðèçîíòàëüíóþ ÷àñòü ñâîáîäíîé ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè (ðèñ. 7.17, à, á), ïîêà íàêîíåö îíà íå èñ÷åçíåò ñîâñåì (ðèñ. 7.17, â). Ïîâåðõíîñòü æèäêîñòè ñòàíîâèòñÿ èçîãíóòîé. Èçîãíóòàÿ ïîâåðõíîñòü æèäêîñòè íàçûâàåòñÿ ìåíèñêîì (îò ãðå÷åñêîãî ñëîâà menisos — ëóííûé ñåðï).  óçêèõ òðóáêàõ ñìà÷èâàþùèå æèäêîñòè èìåþò âîãíóòûé ìåíèñê (ñì. ðèñ. 7.17, å), íåñìà÷èâàþùèå — âûïóêëûé (ðèñ. 7.18).  óçêèõ òðóáêàõ ïðè ïîëíîì ñìà÷èâàíèè (èëè íåñìà÷èâàíèè) ìåíèñê æèäêîñòè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîëóñôåðó, ðàäèóñ êîòîðîé ðàâåí ðàäèóñó ã êàíàëà òðóáêè. Åñëè ñìà÷èâàíèå (èëè íåñìà÷èâàíèå) íåïîëíîå, òî ìåíèñê æèäêîñòè â óçêèõ òðóáêàõ òàêæå ïðèíèìàþò çà ÷àñòü ñôåðû, ðàäèóñ êîòîðîé R ñâÿçàí ñ ðàäèóñîì òðóáêè ñîîòíîøåíèåì r = R cos Çíà÷åíèå ñìà÷èâàíèÿÑìà÷èâàíèå èìååò âàæíîå çíà÷åíèå â ïðîìûøëåííîñòè è áûòó. Õîðîøåå ñìà÷èâàíèå íåîáõîäèìî ïðè êðàøåíèè è ñòèðêå, îáðàáîòêå ôîòîãðàôè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, íàíåñåíèè ëàêîêðàñî÷íûõ ïîêðûòèé è äð. Ìîþùèå ñâîéñòâà ìûëà è ñèíòåòè÷åñêèõ ïîðîøêîâ îáúÿñíÿþòñÿ òåì, ÷òî ìûëüíûé ðàñòâîð èìååò ìåíüøåå ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå, ÷åì âîäà. Áîëüøîå ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå âîäû ìåøàåò åé ïðîíèêàòü â ïðîìåæóòêè ìåæäó âîëîêíàìè òêàíè è â ìåëêèå ïîðû. Ñóùåñòâåííî åùå îäíî îáñòîÿòåëüñòâî. Ìîëåêóëû ìûëà èìåþò ïðîäîëãîâàòóþ ôîðìó. Îäèí èç êîíöîâ èìååò «ñðîäñòâî» ê âîäå è ïîãðóæàåòñÿ â âîäó. Äðóãîé êîíåö îòòàëêèâàåòñÿ îò âîäû è ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê ìîëåêóëàì æèðà. Ìîëåêóëû âîäû îáâîëàêèâàþò ÷àñòèöû æèðà è ñïîñîáñòâóþò èõ âûìûâàíèþ. Ñêëåèâàíèå äåðåâÿííûõ, êîæàíûõ, ðåçèíîâûõ è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ òàêæå ïðèìåð èñïîëüçîâàíèÿ ñâîéñòâà ñìà÷èâàíèÿ. Ïàéêà òîæå ñâÿçàíà ñî ñâîéñòâàìè ñìà÷èâàíèÿ è íåñìà- ÷èâàíèÿ. ×òîáû ðàñïëàâëåííûé ïðèïîé (íàïðèìåð, ñïëàâ îëîâà ñî ñâèíöîì) õîðîøî ðàñòåêàëñÿ ïî ïîâåðõíîñòÿì ñïàèâàåìûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïðåäìåòîâ è ïðèëèïàë ê íèì, íàäî ýòè ïîâåðõíîñòè òùàòåëüíî î÷èùàòü îò æèðà, ïûëè, îêñèäîâ. Îëîâÿííûì ïðèïîåì õîðîøî ìîæíî ïàÿòü äåòàëè èç ìåäè, ëàòóíè. Íî àëþìèíèé íå ñìà÷èâàåòñÿ îëîâÿííûì ïðèïîåì. Äëÿ ïàéêè àëþìèíèåâûõ èçäåëèé ïðèìåíÿþò ñïåöèàëüíûé ïðèïîé, ñîñòîÿùèé èç àëþìèíèÿ è êðåìíèÿ. Âàæíûé ïðèìåð ïðèìåíåíèÿ ÿâëåíèÿ ñìà÷èâàíèÿ è íåñìà÷èâàíèÿ — ôëîòàöèîííûé ïðîöåññ îáîãàùåíèÿ ðóä. Äëÿ ýòîé öåëè ðóäó èçìåëü÷àþò òàê, ÷òî êóñî÷êè öåííîé ïîðîäû òåðÿþò ñâÿçü ñ íåíóæíîé ïðèìåñüþ. Çàòåì ïîëó÷åííûé ïîðîøîê âçáàëòûâàþò â âîäå, â êîòîðóþ äîáàâëÿþò ìàñëîîáðàçíûå âåùåñòâà. Ìàñëî îáâîëàêèâàåò (ñìà÷èâàåò) öåííóþ ïîðîäó, íî íå ïðèñòàåò ê ïðèìåñÿì (íå ñìà÷èâàåò èõ).  ïîëó÷åííóþ âçâåñü âäóâàþò âîçäóõ. Ïóçûðüêè âîçäóõà ïðèëèïàþò ê íåñìà- ÷èâàþùèìñÿ âîäîé (âñëåäñòâèå ïîêðûòèÿ ìàñëÿíîé ïëåíêîé) êóñî÷êàì öåííîé ïîðîäû. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî òîíêèé ñëîé âîäû ìåæäó ïóçûðüêàìè âîçäóõà è ìàñëÿíîé ïëåíêîé, îáâîëàêèâàþùåé öåííóþ ïîðîäó, ñòðåìÿñü óìåíüøèòü ñâîþ ïîâåðõíîñòü, îáíàæàåò ïîâåðõíîñòü ìàñëÿíîé ïëåíêè (ïîäîáíî òîìó êàê âîäà íà æèðíîé ïîâåðõíîñòè ñîáèðàåòñÿ â êàïëè, îáíàæàÿ ýòó ïîâåðõíîñòü). Êðóïèöû öåííîé ïîðîäû âìåñòå ñ ïðèëèïøèìè ê íèì ïóçûðüêàìè âîçäóõà ïîä äåéñòâèåì àðõèìåäîâîé ñèëû ïîäíèìàþòñÿ ââåðõ, â òî âðåìÿ êàê íåíóæíûå ïðèìåñè îñåäàþò íà äíî (ðèñ. 7.20).
|
|
|