Поверхностные силы и капиллярное давление

При объяснении поведения многофазных систем необходимо учитывать влияние сил, действующих на границе раздела двух несмешивающихся фаз. Когда одной из фаз является жидкость, а другой— газ, их границей раздела по существу является поверхность жидкости. Сила взаимодействия молекул друг с другом пропорциональна произведению их масс и обратнопропорциональна квадрату расстояния между ними. При рассмотрении системы вода — нефть (т. е. жидкостей, которые в основном насыщают пласты) видно, что на их границе раздела всегда существует поверхностное натяжение. Молекула воды, удаленная от поверхности раздела, со всех сторон окружена другими молекулами воды. Поэтому результирующая сила взаимодействия этой молекулы с другими молекулами равна нулю. Молекула, расположенная на поверхности раздела, подвержена действию, с одной стороны, молекул нефти, расположенных выше границы раздела, а с другой стороны — молекул воды, лежащих ниже этой границы. Результирующая сила взаимодействия этой молекулы не равна нулю. Вследствие этого возникают силы поверхностного натяжения и образуется поверхность типа упругой мембраны. Для перемещения молекулы воды из жидкости на поверхность раздела необходимо затратить определенную работу. Эту работу часто называют свободной поверхностной энергией жидкости. Свободная поверхностная энергия, имеющая размерность эрг/см², может быть определена как работа, необходимая для образования единицы площади новой поверхности. С другой стороны, поверхностное натяжение — это сила на единицу длины, необходимая для образования новой поверхности, выражаемая в дин/см и численно равная величине поверхностной энергии в эрг/см².