Краевые углы. Смачивание и несмачивание

Краевой угол " это угол, который образует при рассмотрении проекции лежащей на твердом материале капли касательная к контуру капли с поверхностью твердого материала в точке касания трех фаз. Согласно физическому определению поверхность с краевым углом меньше 90" - гидрофильная (смачиваемая), больше 90" - гидрофобная (несмачиваемая). Путем плазменной обработки можно изменять краевой угол (увеличивать, уменьшать). С помощью соответствующего плазменного процесса или нанесения соответствующего покрытия в плазменном процессе можно превращать гидрофильные поверхности в гидрофобные (с помощью гидрофильных покрытий - и в обратном направлении).

Когда жидкость соприкасается с твердым телом, на границе их раздела возможны следующие ситуации:

· Если силы притяжения молекул жидкости друг к другу меньше сил их притяжения к молекулам твердого тела, жидкость должна растекаться по поверхности твердого тела и смачивать его. (смачивание)

· Если же будут преобладать силы притяжения между молекулами самой жидкости, она будет стремиться принять форму капли. Поверхность твердого тела смачиваться не будет. (несмачивание)

Капиллярные явления

Капиллярные явления - физические явления, обусловленные действием поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред. К капиллярным явлениям относят обычно явления в жидких средах, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с др. жидкостью, газом или собственным паром. Искривление поверхности ведёт к появлению в жидкости дополнительного капиллярного давления Dp, величина которого связана со средней кривизной r поверхности уравнением Лапласа: ∆p = p₁ — p₂ = 2s12/r, где (s12 — поверхностное натяжение на границе двух сред; p₁ и p₂ — давления в жидкости 1 и контактирующей с ней среде (фазе) 2. В случае вогнутой поверхности жидкости (r < 0) давление в ней понижено по сравнению с давлением в соседней фазе: p₁< p₂ и ∆p < 0. Для выпуклых поверхностей (r > 0) знак ∆p меняется на обратный. Капиллярное давление создаётся силами поверхностного натяжения, действующими по касательной к поверхности раздела. Искривление поверхности раздела ведёт к появлению составляющей, направленной внутрь объёма одной из контактирующих фаз. Для плоской поверхности раздела (r = ¥) такая составляющая отсутствует и ∆p = 0.

Капиллярные явления охватывают различные случаи равновесия и движения поверхности жидкости под действием межмолекулярных сил и внешних сил (в первую очередь силы тяжести).

Высота поднятия жидкости в капиллярной трубке hопределяется уравновешиванием лапласовского и гидростатичесого давлений:

Высота подъёма (опускания) уровня жидкости в капилляре будет равна: , где ρ - плотность жидкости; σ - поверхностное натяжение; R - радиус сферической формы мениска.