Анализ явления

Поверхностнофильтрационная пара подчиняется законам § 6 и 7 и проявляет все положенные ей эффекты. Анализ с позиции теории термодинамической пары соотношений (530) и (531) позволяет выяснить их истинный физический смысл и установить границы применимости.

Например, давление Dр в формуле (530) Лапласа соответствует фиктивной движущей силе Dр_с¥ в уравнениях (484) – (486). Выражения (486) и (530) совместно определяют физический смысл коэффициента поверхностного натяжения.

Согласно формуле (530), при стремлении радиуса капилляра к нулю дополнительное давление Dр возрастает до бесконечности. На самом деле при r₁ = r₂ ® 0 величина Dр = Dр_с¥ стремится к некоторому конечному максимальному значению, определяемому условием (527). Иными словами, дополнительное капиллярное давление (высота DН подъема жидкости – рис. 26) не может превышать того, которое соответствует d £ 2x₀. Этот вывод-прогноз поддается сравнительно несложной экспериментальной проверке.

Формула (531) Стефана характеризует процесс испарения жидкости из капилляра. В этой формуле парциальное давление р_п имеет весьма условный смысл: над мениском происходит сложная термодинамическая циркуляция пара, так как его давление над пристеночным и осевым участками поверхности не одинаково. Поэтому формулой (531) можно пользоваться, если под р_п понимать некоторую осредненную величину, определяемую законами термодинамической пары.

Более подробный теоретический и экспериментальный анализ формулы Стефана приводится в работе [11] и сборнике [15]. Процесс испарения жидкости из капилляров и со свободной (плоской) поверхности при наличии многих степеней свободы рассматривается также в предыдущих работах автора [11, 16].

Перенос пара от мениска в окружающую среду при испарении жидкости из капилляра нарушает процесс функционирования поверхностнофильтрационной пары. Это влияет на величину Dр_с¥, что подтверждается опытом. Кроме того, наличие тепловых контактных эффектов на поверхности мениска капилляра изменяет (уменьшает) теплоту парообразования по сравнению со свободной поверхностью. Это было подтверждено в опытах с водой, бензолом, спиртом и т.д. При прочих равных условиях скорость испарения из капилляров значительно выше, чем со свободной поверхности.

Поверхностнофильтрационные пары широко используются на практике (действие фитилей, пропитка древесины, устранение пористости в отливках, флотация руд и т.д.) и играют важную роль в природе.

Прочие фильтрационные пары.