Физика. 10 класс

Факторы, влияющие на смачивание

1. Поверхностная энергия материала: Смачивание зависит от поверхностной энергии твердого материала. Чем ниже энергия поверхности, тем лучше будет смачивание. Например, материалы с атомами водорода на поверхности имеют низкую энергию поверхности и хорошо смачиваются водой.

2. Физико-химические свойства жидкости: Различные жидкости имеют разные степени смачивания на разных поверхностях. Например, вода имеет высокую смачиваемость на большинстве поверхностей, в то время как масло имеет низкую смачиваемость.

3. Углеродное содержание материала: Материалы с большим содержанием углерода имеют низкую энергию поверхности и хорошо смачиваются жидкостями.

4. Размер и форма поверхности: Более грубая поверхность может препятствовать смачиванию, в то время как более гладкая поверхность может способствовать ему.

5. Температура: Температура также влияет на процесс смачивания. Обычно повышение температуры может повысить смачиваемость жидкости.

Все эти факторы оказывают влияние на смачивание и должны быть учтены при анализе этого процесса. Знание и управление этими факторами помогает в разработке новых материалов и поверхностных покрытий с нужными свойствами смачивания.

Значение смачивания

Смачивание имеет важное значение в промышленности и быту. Хорошее смачивание необходимо при крашении и стирке, обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий и др

Моющие свойства мыла и синтетических порошков объясняются тем, что мыльный раствор имеет меньшее поверхностное натяжение, чем вода. Большое поверхностное натяжение воды мешает ей проникать в промежутки между волокнами ткани и в мелкие поры.

Существенно еще одно обстоятельство. Молекулы мыла имеют продолговатую форму. Один из концов имеет «сродство» к воде и погружается в воду. Другой конец отталкивается от воды и присоединяется к молекулам жира. Молекулы воды обволакивают частицы жира и способствуют их вымыванию.

Склеивание деревянных, кожаных, резиновых и других материалов также пример использования свойства смачивания. Пайка тоже связана со свойствами смачивания и несма- чивания. Чтобы расплавленный припой (например, сплав олова со свинцом) хорошо растекался по поверхностям спаиваемых металлических предметов и прилипал к ним, надо эти поверхности тщательно очищать от жира, пыли, оксидов. Оловянным припоем хорошо можно паять детали из меди, латуни. Но алюминий не смачивается оловянным припоем. Для пайки алюминиевых изделий применяют специальный припой, состоящий из алюминия и кремния.

Важный пример применения явления смачивания и несмачивания — флотационный процесс обогащения руд. Для этой цели руду измельчают так, что кусочки ценной породы теряют связь с ненужной примесью. Затем полученный порошок взбалтывают в воде, в которую добавляют маслообразные вещества. Масло обволакивает (смачивает) ценную породу, но не пристает к примесям (не смачивает их). В полученную взвесь вдувают воздух. Пузырьки воздуха прилипают к несма- чивающимся водой (вследствие покрытия масляной пленкой) кусочкам ценной породы. Это происходит потому, что тонкий слой воды между пузырьками воздуха и масляной пленкой, обволакивающей ценную породу, стремясь уменьшить свою поверхность, обнажает поверхность масляной пленки (подобно тому как вода на жирной поверхности собирается в капли, обнажая эту поверхность). Крупицы ценной породы вместе с прилипшими к ним пузырьками воздуха под действием архимедовой силы поднимаются вверх, в то время как ненужные примеси оседают на дно (рис. 7.20).

Вода смачивает поверхности одних твердых тел (прилипает к ним) и не смачивает поверхности других. Эти свойства воды определяют множество полезных и просто любопытных явлений.

Смачивание твердых тел

Смачивание твердых тел представляет собой явление, при котором жидкость заполняет поверхность твердого тела. Оно определяется величиной угла смачивания, который указывает на способность жидкости распространяться на твердой поверхности.

Примеры смачивания твердых тел могут быть разнообразны. Например, небольшие капли воды на листке стекла сразу распространяются по его поверхности, образуя тонкую пленку. Еще один пример — капля масла на поверхности металла быстро расплывается, образуя тонкую пленку масла.

Существуют твердые тела, которые не смачиваются жидкостью. Например, капля воды на восковой поверхности не распространяется, а образует шарик. Твердость поверхности воска не позволяет воде проникать внутрь и «мочить» его.

Примеры смачивания	Примеры несмачивания
Стекло	Воск
Металл	Пластик
Керамика	Резина

Примеры смачивания

1. Смачивание бумаги водой: Если бумагу погрузить в воду, то она быстро пропитывается, прилипает к ее поверхности и становится мокрой. Это происходит из-за того, что молекулы воды создают слабые химические связи с молекулами бумаги, что позволяет жидкости равномерно распределиться по поверхности.

2. Смачивание капли масла на стекле: Если на стеклянную поверхность положить каплю масла, она распластается и равномерно распределяется по поверхности стекла. Это происходит из-за низкой силы межмолекулярного взаимодействия масла и стекла.

3. Смачивание капли воды на листе лотоса: Листы лотоса обладают свойством смачивания воды настолько слабо, что вода не смачивает их поверхность и скатывается с листа в каплях. Это происходит из-за особой микроструктуры лотосового листа, которая создает высокую поверхностную энергию и отталкивает воду.

4. Смачивание стекла водой: Смачивание стекла водой зависит от ее очистки и обработки. Чистое и обработанное стекло имеет высокую поверхностную энергию и хорошо смачивается водой. Однако, пыль, грязь или масло на поверхности стекла могут снизить смачивание и заставить воду скапливаться в каплях или катиться по поверхности.

Это лишь несколько примеров смачивания твердых тел жидкостью

Каждый пример демонстрирует важность свойств поверхностного взаимодействия для процесса смачивания

Примеры частичного смачивания

1. Прилипание песка к мокрой коже: Когда кожа находится влажной, например, после купания в море, мелкие песчинки частично смачиваются водой и прилипают к коже.

2. Отталкивание воды каплями на гидрофобных поверхностях: Гидрофобные материалы, такие как листья некоторых растений или покрытия для одежды, несмачиваемы водой. Когда на такую поверхность попадает капля воды, она принимает форму шарика и отталкивается от поверхности.

3. Замачивание полоски бумаги в воде: Если полоску бумаги медленно погружать в воду, то сначала она будет частично смачиваться водой, а затем постепенно станет полностью мокрой.

4. Плавление снега на поверхности нагретого металла: Когда снег попадает на горячую поверхность металла, он частично смачивается, затем тает и превращается в воду.

5. Слипание песчинок на пляже: При наличии влаги мелкие песчинки на пляже могут частично смачиваться и слипаться в небольшие кусочки или комочки песка.

Примеры частичного смачивания показывают различные процессы смачивания твердых тел жидкостью, когда жидкость не полностью покрывает поверхность твердого материала, а лишь частично проникает в его поры или межмолекулярные промежутки.

Примеры полного смачивания

Ниже приведены примеры твердых тел, которые полностью смачиваются жидкостью:

• Пористый салфетка, которая быстро впитывает воду, полностью смачивается влагой, покрываясь ей со всех сторон.
• Губка для мытья посуды, которая имеет способность впитывать и удерживать воду, также полностью смачивается жидкостью.
• Бумажные салфетки, используемые для очистки и вытирания поверхностей, также полностью смачиваются при контакте с жидкостью.
• Ткань из натуральных волокон, таких как хлопок или шерсть, которая обладает высокой впитывающей способностью, полностью смачивается при контакте с водой или другими жидкостями.
• Сахарная кубик, который может полностью раствориться в чашке горячего чая или кофе, смачивается и разрушается под влиянием жидкости.

Слайд 4ГазГазообразное состояние характерно тем, что оно не сохраняет ни форму, ни

объём. Газ заполняет всё доступное пространство и проникает в любые его закоулки. Это состояние, свойственное веществам с малой плотностью. Переход из жидкого в газообразное состояние называют испарением, а противоположный ему переход из газообразного состояния в жидкое — конденсацией. Переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое, называют сублимацией или возгонкой. С микроскопической точки зрения газ — это состояние вещества, в котором его отдельные молекулы взаимодействуют слабо и движутся хаотически. Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Капиллярные явления

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Капиллярные явления
— это подъем или опускание жидкости в капиллярах по сравнению с уровнем жидкости в широких трубках.

Смачивающая жидкость поднимается по капилляру. Жидкость, не смачивающая стенки сосуда, опускается в капилляре.

Высота h поднятия жидкости по капилляру
определяется соотношением:

где коэффициент поверхностного натяжения жидкости; плотность жидкости; радиус капилляра, ускорение свободного падения.

Глубина , на которую опускается жидкость в капилляре, вычисляется по той же формуле.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Изогнутую поверхность жидкости называют мениском
.

Под вогнутым мениском смачивающей жидкости давление меньше, чем под плоской поверхностью. Поэтому жидкость в капилляре поднимается до тех пор. пока гидростатическое давление поднятой в капилляре жидкости на уровне плоской поверхности не скомпенсирует разность давлений. Под выпуклым мениском несмачивающей жидкости давление больше, чем под плоской поверхностью, это приводит к опусканию жидкости в капилляре.

Капиллярные явления мы можем наблюдать и в природе, и в быту. Например, почва имеет рыхлое строение и между ее отдельными частицами находятся промежутки, представляющие собой капилляры. При поливе по капиллярам вода поднимается к корневой системе растений, снабжая их влагой. Также находящаяся в почве вода, поднимаясь по капиллярам. испаряется. Чтобы уменьшить эффективность испарения, тем самым сократив потери влаги, почву разрыхляют, разрушая капилляры. В быту капиллярные явления используются при промокании влажной поверхности бумажным полотенцем или салфеткой.

Явление — смачивание

Явление смачивания, приводящее к формированию краевого угла между жидкостью и твердой подложкой, лежит в основе механизмов, определяющих равновесие и кинетику влаги в пористых телах. Величина равновесного краевого угла 6о определяется полем поверхностных сил и энергией взаимодействия жидкости с твердой подложкой. Слабое взаимодействие ведет к несмачиванию, сильное — приводит к растеканию жидкости по поверхности, ее полному смачиванию.
 

Явление смачивания оказывает существенное влияние на поведение неметаллических включений, образующихся в жидкой стали при ее раскислении.
 

Явление смачивания обусловлено действием дисперсионных сил между поверхностными атомами твердого тела и жидкости. Поверхностное натяжение на границе твердого тела с газом чаще всего больше, чем на границе его с жидкими органическими веществами, поэтому числитель в формуле ( 3 — 2) обычно является положительной величиной, так что на абсолютно чистой поверхности любая органическая жидкость проявляла бы стремление к растеканию. Это естественно, так как, за малыми исключениями, свободная энергия поверхности жидкости меньше, чем у твердого тела, так что покрытие твердой поверхности жидкой пленкой влечет за собой снижение свободной энергии всей системы в целом.
 

Явления смачивания и несмачивания имеют большое значение в природе и технике.
 

Явления смачивания и несмачивания играют большую роль в природе, в повседневной жизни и в технике. Так, например, обмакивая в жидкость смачиваемое твердое тело, можно унести на нем часть приставшей к нему жидкости. Этим пользуются для письма, обмакивая перо в чернила. Но новое перо, покрытое жиром, не смачивается чернилами и не пишет, пока слой жира не будет удален.
 

Явление смачивания играет исключительно важную роль в процессах коррозии. Жидкость, находящаяся на поверхности твердого тела, будет растекаться по ней в том случае, если силы притяжения частиц жидкости к твердому телу будут превосходить силы притяжения частиц жидкости друг к другу. При соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела возможны различные случаи поведения жидкости. Эти различные случаи могут быть описаны с помощью краевого угла 0, образованного поверхностью раздела двух фаз.
 

Зависимость прочности адсорбционных связей от обратной величины абсолютной температуры.

Явление смачивания характеризует интенсивность взаимодействия между молекулами различных веществ на границе поверхности раздела фаз. Смачиваяие твердых тел различными дисперсионными средами можно легко характеризовать величиной поверхностного натяжения или краевым углом смачивания. При в, равном 0, паб-блюдается полное смачивание, например, растекание капли воды на поверхности чистого стекла.
 

Явления смачивания и несмачивания имеют большое значение в технике.
 

Явления смачивания и несмачивания имеют большое значение в технике. Например, в методе флотационного обогащения руды ( отделение руды от пустой породы) ее, мелко раздробленную, взбалтывают в жидкости, смачивающей пустую породу и не смачивающей руду. Через эту смесь продувается воздух, а затем она отстаивается. При этом смоченные жидкостью часищы породы опускаются на дно, а крупинки минералов прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность жидкости.
 

Смачивание твердого тела жидкостью.

Явление смачивания заключается в том, что капля жидкости, помещенная на поверхность твердого тела, растекается. Угол 0, образуемый поверхностью растекающей капли с поверхностью твердого тела, называется краевым углом.
 

Поднятие смачивающей жидкости в капиллярной трубке.| Опускание несмачивающей жидкости в капиллярной трубке.

Явления смачивания жидкостью твердого тела тесно связаны с явлениями капиллярности.
 

Явление смачивания можно наблюдать и тогда, когда вместо воздуха взята вторая жидкость, не смешивающаяся с, первой и имеющая меньшую плотность. Если каждая из двух жидкостей может смачивать поверхность, то, очевидно, между ними будет происходить конкуренция, аналогичная конкуренции при адсорбции двух адсорбтивов. Исходя из того, что смачивание определяется соотношением молекулярных сил, действующих между молекулами каждой отдельной жидкости, с одной стороны, и между молекулами жидкостей и молекулами твердого тела, с другой стороны, нетрудно видеть, что из двух жидкостей смачивать поверхность будет та значение полярности которой ближе к полярности твер-доге тела.
 

Слайд 10Капиллярные явленияКапиллярные явления — явление подъема или опускания жидкости в капиллярах,

заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. В поле тяжести (или сил инерции, например, при центрифугировании пористых образцов) поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п

Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке.Благодаря капиллярности возможны жизнедеятельность животных и растений, различные химические процессы, бытовые явления (например, подъём керосина по фитилю в керосиновой лампе, вытирание рук полотенцем), однако важно отметить, что в биологических объектах капиллярный механизм перемещения жидкости не является единственным.

Смачивание в физике: теория и применение

Смачивание – это процесс распределения жидкости по поверхности твердого тела. Когда жидкость смачивает поверхность, она расползается по ней, образуя тонкий слой. Если жидкость не смачивает поверхность, она собирается в каплю и не распространяется.

Ключевую роль в смачивании играет явление адгезии – притяжение молекул жидкости и молекул поверхности. Причиной адгезии могут быть различные силы, такие как электростатические взаимодействия или силы взаимопроникновения. Величина адгезии зависит от природы жидкости и поверхности.

Для описания смачивания существуют три основных типа контактных углов:

• Смачивающий контактный угол: угол, образованный поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела, когда жидкость полностью смачивает поверхность. Угол равен 0°.
• Несмачивающий контактный угол: угол, образованный поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела, когда жидкость не смачивает поверхность. Угол больше 90°.
• Полу-смачивающий контактный угол: угол, образованный поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела, когда жидкость частично смачивает поверхность. Угол находится между 0° и 90°.

Смачивание имеет множество практических применений. Например, в технологических процессах смачивание используется для создания покрытий, клеевых соединений и печатных материалов. Знание и контроль параметров смачивания позволяет оптимизировать производственные процессы и повысить качество продукции.

Также смачивание является важным аспектом в медицине. Например, смачивание имеет значение при изучении взаимодействия лекарственных веществ с поверхностями организма. Понимание смачивания позволяет разрабатывать эффективные методы доставки лекарственных веществ и разработку новых материалов для имплантатов.

Примеры применения смачивания
Область применения
Примеры

Технология
Покрытия, клеи, печатные материалы

Медицина
Доставка лекарств, имплантаты

Микроэлектроника
Маскировочные слои для литографии

Смачивание – важное явление в физике, которое широко применяется в различных отраслях науки и техники. Изучение смачивания помогает разрабатывать новые материалы и технологии, а также оптимизировать существующие процессы

Несмачивание твердых тел

Существует множество примеров смачивания твердых тел жидкостью, но также есть и примеры, когда твердые тела не смачиваются. Несмачивание твердых тел обусловлено различными факторами, такими как поверхностное натяжение, химический состав твердого тела и жидкости, а также их взаимодействие.

Одним из распространенных примеров несмачивания является капля воды на листе лотоса. Поверхность листа лотоса покрыта микроскопическими насечками, которые создают воздушные карманы и делают поверхность гидрофобной. Капля воды, падая на такую поверхность, принимает форму полусферы и легко скатывается с листа, не оставляя следов.

Другим примером несмачивания твердых тел является капля ртути на стекле. Ртуть не смачивает поверхность стекла из-за своего низкого поверхностного натяжения. Капля ртути принимает форму почти идеальной сферы на поверхности стекла.

Еще одним примером несмачивания твердых тел является масло на тефлоновой сковороде. Тефлон имеет очень низкое поверхностное натяжение, поэтому масло не смачивает его поверхность. В результате, масло легко скатывается по сковороде.

Несмачивание может быть полезным свойством для различных промышленных процессов, например, для создания гидрофобных покрытий, антипригарных материалов и других специальных поверхностей, где требуется минимум взаимодействия с жидкостью.

Примеры несмачивания жидкостью

Пример	Объяснение
Воск	Воск является гидрофобным материалом, то есть несмачиваемым водой. В результате, капли воды на поверхности воска образуют шарики и скатываются, не проникая внутрь.
Стекло	Стекло обычно несмачивается большинством жидкостей, включая воду. Поэтому капли воды на стекле образуют шарики и легко скатываются по его поверхности.
Пластик	Некоторые виды пластика могут быть гидрофобными и несмачиваться жидкостью. Однако, существует различная степень смачивания у разных видов пластика, поэтому результат может быть разный.
Металл	Некоторые металлы, такие как алюминий или нержавеющая сталь, обладают поверхностью, которая несмачивается жидкостью. Поэтому капли воды на такой поверхности образуют шарики и скатываются.

Это лишь некоторые примеры несмачивания жидкостью. Свойства смачивания и несмачивания зависят от химического состава поверхности твердого тела и взаимодействия с жидкостью.

Несмачивание и его применение

Несмачивание — это явление, при котором жидкость не распространяется равномерно по поверхности твердого тела, а образует отдельные капли или скапливается в определенных местах.

Одним из примеров несмачивания является образование капель на поверхности бокала, когда наливают в него воду. Капли воды не остаются равномерно распределенными и скапливаются вроде водяных шариков.

Несмачивание имеет множество применений в повседневной жизни и в различных отраслях науки и техники. Например:

1. В медицине несмачивание используется для создания гидрофобных поверхностей, которые не впитывают в себя влагу. Это позволяет применять гидрофобные поверхности в производстве медицинских инструментов, лечебных пластырей и других изделий, контактирующих с влагой.
2. В текстильной промышленности несмачивание используется для создания водоотталкивающих материалов, таких как плащи и спортивная одежда. Благодаря этому свойству, вода скатывается с поверхности ткани, не проникая в ее структуру.
3. В автомобилестроении несмачивающие поверхности применяются для создания автомобильных стекол с самоочищающим эффектом. Капли воды, попадая на такую поверхность, легко скатываются, унося с собой грязь и пыль.
4. В аэрокосмической отрасли несмачивание используется для создания специальных покрытий, которые предотвращают конденсацию влаги на поверхностях кораблей и самолетов. Это помогает предотвратить образование льда и обледенения, что может негативно влиять на работу техники.
5. В материаловедении несмачивание помогает создавать наноструктурированные поверхности с уникальными свойствами. Такие структуры находят применение в микроэлектронике, оптике и других сферах.

Это лишь некоторые примеры применения несмачивания в различных областях. Такие свойства жидкостей находят все большее применение в современных технологиях и науке, и позволяют создавать новые инновационные материалы и устройства.