Явления на границе жидкости и твердого тела.

В реальных условиях жидкость почти всегда граничит с твердым телом. Поэтому представляет интерес рассмотреть взаимодействие этих двух фаз вещества, обусловленное силами молекулярного сцепления.

Пусть жидкая капля 2 граничит с поверхностью твердого тела 1 и

газом 3 (рис. 71).

Р и с. 71

Границей раздела трех сред является окружность. Возьмем бесконечно малый элемент этой окружности. На каждую молекулу элемента действует веер сил со стороны молекул жидкости F_ж, твердого тела F_т и газа F_г. Разложим эти силы на три касательных направления: силу поверхностного натяжения между жидкостью и твердым телом силу поверхностного натяжения между жидкостью и газом силу поверхностного натяжения между твердым телом и газом. Каждая из этих сил направлена по поверхности соприкосновения соответствующих веществ и стремится сократить эту поверхность. Равновесие по горизонтали определяется следующим равенством:

. (5.3.1)

После деления обеих частей равенства (5.3.1) на , находим

, (5.3.2)

где – краевой угол, т. е. угол, отсчитываемый через жидкость от поверхности твердого тела до касательной к поверхности жидкости (рис. 71). Так как для заданных веществ при фиксированной температуре постоянны, то равновесие жидкости на поверхности твердого тела возможно только при определенном значении угла .

Если , то ( ). В этом случае жидкость частично смачивает твердое тело. Если для каких-то веществ выполняется равенство , то ( ), т. е. в этом случае жидкость растекается тонким слоем по поверхности твердого тела. Это же будет наблюдаться, если . В этом случае , и условие равновесия (5.3.2) не выполняется. Это означает, что большая сила поверхностного натяжения будет растягивать каплю, превращая ее в тонкую пленку. Явление полного растекания жидкости называется полным смачиванием. Оно характерно, например, для воды на чистом стекле.

В противоположном случае, когда и угол , имеет место частичное несмачивание. Если же , то и угол . Эта ситуация называется полным несмачиванием, и наблюдается она, например, для ртути на стекле.