Условия равновесия на границе жидкость—жидкость

Явления, которые возникают на границе двух несмешивающихся жидкостей, определяются силами поверхностного натяжения. Хорошо известно, что разные жидкости ведут себя по-разному. Так, капля масла, помещенная на поверхность воды, принимает форму линзы, а капля бензина растекается на поверхности воды, образуя очень тонкую пленку. Пусть имеем границу трех сред: жидкость 1 граничит с жидкостью 2, жидкости 1 и 2 граничат со средой 3, которая представляет собой смесь воздуха и паров жидкостей 1 и 2. Рис 1

Рассмотрим случай, когда капля жидкости 2 под действием силы тяжести втягивается в жидкость 1, приобретая форму линзы (рис.1). Граница соприкосновения трех сред представляет собой окружность. На каждый элемент длины Δl этой окружности действуют три силы: Все эти силы направлены по касательным к поверхностям соприкосновения граничащих сред: – коэффициенты поверхностного натяжения на соответствующих границах раздела. Поскольку газовые среды оказывают слабое влияние на поверхностное натяжение граничащей с ними жидкости, то можно приблизительно считать, что и .Капля жидкости 2 будет находиться в равновесии при условии, что все действующие на нее силы друг друга взаимно уравновешивают. Спроектировав все действующие на каплю 2 силы на горизонтальное и вертикальное направления, получаем: Используя выражения ,равенства можно представить в виде: Возведя в квадрат последние соотношения и сложив их, получаем: Используя обозначение , равенство можно записать в виде: Полученное равенство показывает, что угол θ определяется значениями коэффициентов поверхностного натяжения, то есть, в конечном счете, силами молекулярного взаимодействия между молекулами каждой жидкости и молекулами граничащих с ней сред.

Очевидно, что при некотором соотношении между может возникнуть ситуация, при которой cosθ окажется равным единице. Это означает, что угол θ равен нулю. Значение краевого угла θ = 0 соответствует условию, при котором жидкость 2 растекается по поверхности жидкости 1 в виде очень тонкой пленки. В этом случае принято говорить, что жидкость 2 полностью смачивает жидкость 1. Таким образом, полное смачивание наблюдается при выполнении условия В том случае, когда выполняется неравенство капля жидкости 2 на поверхности жидкости 1 будет стягиваться до тех пор, пока не наступит ситуация, соответствующая выполнению условия то условие определяет положение жидкости 2 на поверхности жидкости 1 в виде двояковыпуклой линзы, как это представлено на рис. 1.

Дата добавления: 2015-06-04