Смачивание, капиллярность и поверхностное натяжение

1. Смачивание и капиллярность. Поверхностное натяжение

8 класс

2.

Поверхностное натяжение жидкостей
Силы сцепления
Молекулы жидкости внутри
имеют равномерное
притяжение со всех сторон.
На поверхности, молекулы
испытывают только
притяжение к другим
молекулам жидкости,
создавая силу, называемую
поверхностным
натяжением.
Сферическая форма
Взаимодействие с поверхностью
Поверхностное
натяжение стремится
минимизировать
площадь поверхности
жидкости, что приводит
к сферической форме
капель.
Поверхностное натяжение
определяет угол
смачивания жидкости с
поверхностью, влияя на
такие процессы, как
капиллярность.

3.

Если погрузить в воду стеклянную пластину,
предварительно её обезжирив, а затем вынуть из воды, то
можно увидеть, что пластина покрыта водой. А если теперь
эту же пластину смазать воском, опустить в воду и затем
вынуть, то пластина будет либо сухой, либо на ней будут
отдельные капли воды.
Эти простые опыты показывают, что при соприкосновении жидкости с
твёрдым телом происходит искривление поверхности жидкости у
поверхности твёрдого тела, то есть наблюдается смачивание.

4.

Смачивание
Смачивание — это явление, возникающее при контакте
жидкости с твердой поверхностью.
Жидкость растекается по поверхности, если силы
притяжения между молекулами жидкости и твердой
поверхностью сильнее, чем силы сцепления между
молекулами жидкости.

5.

Искривление поверхности жидкости вблизи стенок сосуда:
1 — смачивание (поверхность жидкости у стенок имеет вогнутую форму);
2 — несмачивание (поверхность жидкости у стенок имеет выпуклую
форму)

6. Смачивание

Жидкость, которая
растекается тонкой пленкой по
поверхности твердого тела
называется
смачивающей
Fж-т > Fж
Угол смачивания
<90
Вода-стекло

7. Несмачивание

Жидкость, собирающаяся в
каплю, а не растекающаяся по
поверхности твердого тела
называется
несмачивающей
Fж-т < Fж
Угол смачивания
Вода-парафин, ртуть-стекло
> 90

8.

9.

Угол смачивания и
гидрофильность/гидрофобность
0°
90°
Гидрофильный
Нейтральный
Полное смачивание
Частичное смачивание
180°
Гидрофобный
Отталкивание воды

10.

Смачивание происходит благодаря взаимодействию молекул
жидкости с молекулами твёрдого тела.
Если притяжение между молекулами жидкости больше, чем
между молекулами жидкости и твёрдой поверхностью, то
поверхность не смачивается.
Если притяжение между молекулами жидкости меньше,
чем между молекулами жидкости и твёрдой поверхностью,
то поверхность смачивается.

11. Смачиваемость – явление искривления поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул

жидкости с молекулами твердого тела
Угол смачивания – угол между плоскостью,
касательной к поверхности жидкости и стенкой,
во внутрь жидкости.
Мениск – форма поверхности жидкости вблизи
стенки сосуда или между близко
расположенными твердыми стенками

12. Ртуть и вода

13.

На каком из рисунков жидкость
смачивает поверхность твердого тела?

14.

Закон Юнга-Юлкина для смачивания
1
2
Поверхностное натяжение
Сила, которая стягивает поверхность жидкости
Межфазное натяжение
Сила, которая действует на границе между двумя фазами
Угол смачивания
3
Угол между поверхностью жидкости и твердым телом
Закон Юнга-Юлкина описывает равновесие сил на
границе между тремя фазами - твердой, жидкой и газовой.

15.

Капиллярность
Капиллярность — это явление, возникающее в узких
трубках или порах, когда жидкость поднимается или
опускается относительно уровня жидкости в более
широкой ёмкости.

16.

Капиллярные явления впервые
были открыты и исследованы
Леонардо да Винчи (XV век),
затем Б.Паскалем(XVII век) и
Д.Жюреном (XVIII век) в опытах с
капиллярными трубками.
Теория капиллярных явлений
развита в работах П.Лапласа,
Т.Юнга, С.Пуассона, Дж.Гиббса и
И.С.Громеки (XIX век)

17. Капиллярность

Капилляр – трубка с узким каналом
Капиллярность- явление подъема или опускания жидкости
в капиллярах

18. Трубки, погружённые в жидкость

19. Капиллярность — явление изменения уровня жидкости (подъём или опускание) в узких трубках, пористых телах.

Капиллярность — явление изменения уровня
жидкости (подъём или опускание) в узких
трубках, пористых телах.
Капилляры — трубки, по которым может двигаться
жидкость и в которых диаметр намного меньше длины

20.

Закон Жюрена для капиллярности
Высота Подъема
Высота поднятия жидкости в капилляре
пропорциональна поверхностному натяжению
жидкости и обратно пропорциональна плотности
жидкости и радиусу капилляра.
Угол Смачивания
Закон Жюрена учитывает угол смачивания между
жидкостью и стенками капилляра.

21.

Поверхностное натяжение — это свойство
жидкости, заключающееся в том, что её граница
стремится к сокращению
Причина возникновения — силы притяжения между молекулами
жидкости. Молекулы на поверхности более разрежены, поэтому
силы притяжения между ними больше, и эти молекулы имеют
большую энергию по сравнению с молекулами в глубине.

22.

Коэффициент поверхностного натяжения — физическая
величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна
отношению поверхностной энергии к площади свободной
поверхности жидкости
Единица измерения в СИ — джоуль на метр в квадрате (Дж/м2)
или ньютон на метр (Н/м).

23. Смачивание и капиллярность в природе и технике

➢ Флотация-технологический процесс обогащения руд.
➢ Моющее действие мыла.
➢ Зонты, плащи, непромокаемые ткани.
➢ Капиллярная пропитка различных материалов широко
применяется в процессах химической технологии.

24.

➢ Перемещение береговых пауков и водомерок
➢ Водонепроницаемость сена в стогах, соломенных крыш,
листьев растений
➢ «гидроизоляция» водоплавающих птиц
➢ Водоснабжение растений
➢ Передвижение влаги в почве и других пористых телах

25. Перемещение водомерок

26. Водонепроницаемость листьев растений и крыльев насекомых

27. «Гидроизоляция» водоплавающих птиц и животных

28. Боронование и пахота

29. Капиллярная пропитка

30. Капилляры на службе у человека

31.

Практические примеры использования
смачивания и капиллярности
Поглощение влаги
Краски и покрытия Микрофлюидика
Капиллярные эффекты
используются в тканях,
полотенцах и
гигроскопических
материалах для
поглощения влаги.
Смачивание играет
ключевую роль в
равномерном
распределении
краски и покрытий на
поверхностях.
Капиллярные силы
используются для
манипулирования
жидкостями в
микрофлюидных
устройствах для
биомедицинских и
химических
применений.