Поверхностная энергия и поверхностное натяжение

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ И ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ [c.78]

При малых размерах зародышей н соответственно большой относительно поверхности их, для оценки общей и свободной энергии образуемой смеси существенное значение имеют поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Дело в том, что молекулы, расположенные в тонком слое, непосредственно прилегающем к поверхности раздела, находятся в условиях, отличных от условий для молекул, находящихся в объеме. Они взаимодействуют не только с молекулами своей фазы, но также и с близлежащим слоем молекул другой фазы. Детальный анализ свойств поверхностного слоя является довольно сложным, поэтому вначале ограничимся идеализированной схемой, основанной на предположении о сплошности среды и постоянстве величины поверхностного натяжения. В действительности для очень малых капель, у которых линейные размеры сравнимы с радиусом действия сил межмолекулярного взаимодействия (10 см), поверхностное натяжение уменьшается при уменьшении радиуса капли, [c.27]

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение, а. На поверхностях раздела между газом и капельной жидкостью или между различными несмешивающимися капельными жидкостями за счет взаимного притяжения молекул возникают силы, которые заставляют поверхность раздела вести себя подобно натянутой перепонке. В любой жидкости на каждую ее молекулу, находящуюся на поверхности, со стороны окружающих молекул действуют притягивающие силы, имеющие результирующую в направлении, перпендикулярном поверхности, и поэтому все поверхности, кроме плоских, проявляют тенденцию к деформированию. Например, водяные капли в воздухе стремятся сжаться и приобрести шарообразную форму, поскольку среди всех фигур шар имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Наоборот, для растяжения такой сократившейся поверхности должна быть выполнена работа по вовлечению большего количества молекул в поверхностный слой. Эта работа равна свободной энергии поверхности, т. е. дополнительной потенциальной энергии, приходящейся на элемент иоверхности благодаря указанному выше действию притягивающих сил на молекулы жидкости, находящиеся вблизи поверхности раздела. Мерой этой свободной энергии является поверхностное натяжение, размерность которого определяется соотношением [c.26]

Удельная поверхностная энергия и поверхностное натяжение твердых тел изменяются с температурой [105] [c.112]

Различие между удельной поверхностной энергией и поверхностным натяжением в зависимости от температуры можно показать на примере MgO. При температуре от О до 70 К удельная поверхностная энергия и поверхностное натяжение равны между собой, т. е. ог 2 = о, и составляют 1040 мДж/м . При температуре от 70 до 330 К 012 > причем чем выше температура, тем больше различие между а и а. При 330 К 0i2 — сг = 1085 — 1000 = 85 мДж/м . [c.112]

Данному состоянию соответствуют максимальные значения поверхностной энергии и межфазового натяжения, а следовательно, наихудшая смачиваемость поверхности электрода электролитом. Дальнейшее смещение потенциала в отрицательную сторону приводит к перезарядке электрода относительно раствора (жидкостная обкладка в данном случае будет образована катионами). [c.15]

Раздел 3 — Неравновесные состояния условия равновесия и их применение (возрастание энтропии при необратимом адиабатическом переходе из одного равновесного состояния в другое определение энтропии неравновесных состояний определение свободной энергии для равновесного состояния изменение энтропии при необратимых процессах изменение свободной энергии при необратимых процессах условия равновесия системы замечания, связанные с уточнением физического смысла законов термодинамики фаза условие устойчивости системы, состоящей из одной фазы фазовые превращения фазовые превращения первого рода уравнение Клапейрона — Клаузиуса равновесие трех фаз поверхность термодинамического потенциала критическая точка поверхностная энергия и поверхностное натяжение роль поверхностного натяжения при образовании [c.364]

Адсорбционные слои ПАВ приводят к тому, что, например, поверхностный слой жидкости покрывается молекулами других веществ, которые обладают своей поверхностной энергией и поверхностным натяжением (рис. 3.20). Даже небольшое количество ПАВ оказывается способны существенно воздействовать на свойства жидкости. [c.77]

Далее для границы двух текучих сред (газ—жидкость или жидкость—жидкость) будем писать о (без индексов), для границы твердое тело—газ и твердое тело—жидкость соответственно и Для границы газ—жидкость (или жидкость—жидкость) ст называется также поверхностным натяжением. В этом названии оттеняется силовой (динамический) аспект а. Оба названия — поверхностная свободная энергия и поверхностное натяжение — здесь являются синонимами. [c.79]

Избыточная поверхностная энергия коллоидных частиц расходуется на работу удержания молекул из окружающей среды. Чем больше поверхность, тем больше поверхностная энергия и, следовательно, больше адсорбция. В результате адсорбции происходит уменьшение свободной энергии. Одни вещества адсорбируются лучше, другие — хуже. К избирательной адсорбции склонны трудно растворимые в данной среде вещества, а также такие, которые в чистом виде обладают значительно меньшим поверхностным натяжением. [c.41]

Коэффициент а называется межфазной (или поверхностной) энергией и его величина зависит от строения границы и того, какие фазы соседствуют. Например, в случае границы вода — воздух о является привычным нам коэффициентом поверхностного натяжения воды. [c.208]

Согласно представлениям Лоте и Паунда, стационарная капля классической теории нуклеации возникает не непосредственно в паре, а извлекается из массивной жидкости. Именно с этой точки зрения Лоте, Паунд и их сотрудники рассматривают и критикуют все другие работы. По их мнению, фундаментальной проблемой капиллярного приближения является вопрос о том, до какой степени большие вклады свободных трансляций и враш,ений кластера в паре уже содержатся в объемной свободной энергии и поверхностном натяжении извлеченной из массивной жидкости капли [224]. Более того, они полагают, что энергия свободных трансляций и вращений кластера почти целиком сосредоточена в объемной части свободной энергии капли (и Хж) и практически не содержится в ее поверхностной энергии А у [224]. [c.69]

ЖИДКОСТИ в. Если обе жидкости совершенно не смешиваются, то натяжение поверхности раздела между ними равно нулю или отрицательно. И в том и в другом случае молекулярные силы не облегчают разделение жидкостей. Наоборот, каждая жидкость притягивает молекулы другой жидкости с той же или даже с большей силой, чем свои собственные. Тогда работа разделения равна или больше суммы двух отдельно взятых поверхностных энергий, и молекулы обеих жидкостей могут свободно перемешиваться. В этом случае [c.115]

Для осуществления такой избирательной адсорбции модификаторы должны обладать минимальной свободной поверхностной энергией (поверхностным натяжением). Очевидно, по молекулярным свойствам возможно судить об относительной активности модификаторов. Если у модификатора, находящегося в твердом металле, поверхностное натяжение меньше, чем у основного металла, то он в процессе рекристаллизации избирательно адсорбируется по границам кристаллов, снижая поверхностную энергию и повышая температуру рекристаллизации, т. е. задерживает рост зерна. [c.46]

Поверхность любого материала по своему физическому и энергетическому состояниям отличается от его внутренних областей. Любая поверхность, разделяющая контактирующие фазы, отличается от вещества в остальном объеме фазы большим запасом энергии. Этот избыток энергии поверхности объясняется различием межмолекулярных взаимодействий в контактирующих фазах и называется поверхностной энергией, или поверхностным натяжением. [c.106]

Адсорбция и изменение поверхностного натяжения в зависимости от концентрации одного из компонентов или температуры протекают в многокомпонентных смесях совершенно иначе, чем в двухкомпонентных. Многокомпонентные системы, в которых концентрация одного из компонентов значительно превышает концентрацию всех остальных, можно рассматривать как аналоги трехкомпонентных систем подобного типа, поскольку все примеси являются или поверхностно-активными, или инактивными. По другому определению свободной поверхностной энергии под поверхностным натяжением подразумевают силу, направленную в сторону уменьшения поверхности раздела и действующую в плоскости, касательной к этой поверхности. Однако свободная поверхностная энергия равна поверхностному натяжению только в том случае, если не учитывать ту часть энергии, которая расходуется на адсорбцию вещества поверхностью. Поэтому прямые экспериментальные методы оценки поверхностного натяжения применимы в условиях обратимого изменения площади поверхности раздела фаз, когда вещество находится в равновесии с собственным паром. Из-за сложности, а в ряде случаев невозможности проведения таких экспериментов поверхностное натяжение твердых тел определяется чаще всего расчетным путем, что на-чительно снижает достоверность приводимых в различных источниках данных. [c.107]

Размеры зародышей новой фазы. Когда в одной из фаз вещества образуется некоторое количество новой фазы, то энергия Гиббса всей системы изменяется. Это изменение состоит из двух членов, первый из которых равен произведению разности химических потенциалов новой и первоначальной фаз на количество образующейся новой фазы, а второй обусловлен поверхностной энергией и равен произведению поверхностного натяжения на площадь поверхности раздела фаз. При образовании в паровой фазе жидкой сферической капельки энергия Гиббса системы изменится на величину [c.88]

В разд. 4.2 отмечалось, что в турбулентном потоке жидкости на поверхность пузырька действуют два типа сил — силы поверхностного натяжения, стремящиеся сохранить форму поверхности пузырька, и инерционные силы, связанные с турбулентными пульсациями жидкости II стремящиеся разрушить межфазную поверхность. Энергия сил поверхностного натяжения для газового пузырька с радиусом Я и коэффициентом поверхностного натяжения о будет определяться величиной А-кЯ о, а энергия, необходимая для дробления пузырька газа турбулентным потоком жид-4 [c.135]

Термодинамические свойства поверхности ряда диэлектриков и полупроводников рассмотрены в обзоре [480]. В серии работ Задум-кина и др. [481—485] поверхностная энергия и поверхностное натяжение твердых тел (металлов и ионных кристаллов) вычислялись при высоких температурах относительно простым методом. Однако этот метод был подвергнут критике со стороны Бенсона и Юна [472]. [c.176]

Удельная поверхностная энергия и молекулярное взаимодействие. В отличие от жидкости работа образования твердой поверхности не является обратимой, а поверхности твердых тел — энергетически неоднородны [2]. Поэтому величины удельной поверхностной энергии и поверхностного натяжения твердых тел не тождественны между собой. Если для жидкости поверхностное натяжение можно трактовать как силу, стремяш уюся сократить свободную поверхность жидкости до минимальных размеров, то такой подход копре-делению поверхностного натяжения применительно к твердым телам неприемлем (см. с. 33). Под поверхностным натяжением твердого тела следует понимать некоторую среднюю избыточную свободную энергию, которая проявляется в процессе контакта этого тела с другим, в частности, с твердым телом. [c.110]

Это положение не вполне точно. Несмотря на фор.мальное сходство разномерностей, удельная свободная поверхностная энергия и поверхностное натяжение не являются по своему физическому смыслу тождественными понятиями, а их численные значения совпадают только для границы раздела жидкость — газ и жидкость — жидкость, тогда как для твердых поверхностей раздела различие может быть весьма значительным. Прим. ред. [c.251]

Условию F] - р2 = 2ad соответствует равновесие между пленкой и внешней силой. Таким образом, величина ст может рассматриваться не только как удельная поверхностная энергия, но одновременно и как сила, приложенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность, и направленная вдоль этой поверхности перпендикулярно к контуру. Для пленки на рис. 73, а роль части контура выполняет подвижная перемычка. Эта сила названа поверхностным натЮ1сгнием. Соответственно величину сг выражают в мДж/м (в тех случаях, когда говорят о поверхностной энергии) и мН/м (когда говорят о поверхностном натяжении). [c.114]

Термодинамическая характеристика поверхности раздела двух фаз, определяемая работой обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности, называется поверхностным натяжением и измеряется в Дж/м или Н/м. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение можно рассматривать также как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объемах фаз. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмо-лекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объема тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равиа нулю, как в объеме тела, а направлена во внутрь той фазы, в которой силы сцепления больше. Для подвижных жидкостей поверхностное натяжение -величина, тождественно равная свободной поверхностной энергии. Благодаря поверхностному натяжению жидкость при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара, обеспечивая минимальную площадь поверхности и минимальное значение свободной поверхностной энергии. На легкоподвижных границах жид- [c.15]

При численном анализе полученных соотношений введём следующие безразмерные величины контактные давления р = р/Е Е = irEj (1 — 1 )), смещения границы упругого полупространства Uz = UzjL L = (7 1/(2"-1)), нагрузка на один штамп Р = = Р/ (E L ), дополнительное перемещение штампа Da = Da/L радиус области контакта о = afL vi внешний радиус 6 = = 6/L области, в которой действует адгезионное давление. При этом задаваемыми параметрами были число п, определяющее форму штампов, безразмерное расстояние между ними Л = Уз// = Aq/L, а также параметры 7 = 7/ 2E L) и ро = PofE, зависящие от поверхностной энергии и модулей упругости полупространства. В случае капиллярной адгезии величина ро представляет собой безразмерное давление в жидкости и определяется в ходе решения задачи. Параметр 7 в этом случае характеризует поверхностное натяжение жидкости. При этом ещё одним задаваемым параметром является безразмерная толщина плёнки жидкости hi = hi/L. [c.120]

Из соотношения (2.76), а также из анализа величины диссипации энергии в цикле сближения-удаления упругих тел с учётом адгезионных связей различной природы, изложенного в 2.4, следует, что адгезионная составляющая Fa силы сопротивления при качении зависит от плотности и формы неровностей, а также от величины поверхностной энергии и модуля упругости основания в случае сухих поверхностей и от модуля упругости основания, толщины пленки жидкости и её поверхностного натяжения - при взаимодействии смоченных поверхностей, а также при взаимодействии во влажной среде. При этом значение Fa возрастает с увеличением поверхностной энергии и уменьшением объёма жидкости в мениске, а также при уменьшении модуля упругости тел (для более мягких материалов). Кроме того, для смоченных поверхностей в некоторых случаях (например, большой слой жидкости на поверхности, малая величина поверностного натяжения, жёсткое основание) величина адгезионной составляющей сопротивления качению равна нулю. [c.129]

Поверхностно-активными веществами по отношению к какой-либо жидкости называются такие вещества, которые при введении их в жидкость уменьшают ее поверхностное натяжение или поверхностную энергию и повышают смачиваемость (маслянистость). К таким веществам относятся органические кислоты (стеариновая С15Н35СООН, олеиновая С17Н33СООН, пальмитиновая Q5H31 OOH и др.), их соли, а также органические вещества с галогено- или серосодержащими полярными группами. [c.72]

При оценке полученных данных следует иметь в виду, что поверхностное натяжение твердого тела не равно его удельной поверхностной энергии. Поэтому представляется целесообразным связать аутогезию пленок с поверхностным натянчением твердых тел, обладающих изотропностью поверхностного слоя, что означает совпадение удельной поверхности энергии и поверхностного натяя ения [45]. К числ таких тел относятся поверхности, изготовленные из полиэтилена, целлофана, поливинилхлорида, полиэтилентерефталата и полистирола. [c.57]

Имеется принципиальная возможность использовать жидкую среду для формирования площади контакта, с тем чтобы впоследствии после удаления жидкости из зазора обеспечить необходимую прочность между контактирующими телами. Для этой цели применяли [167] модифицированный полиэтилен с низкой поверхностной энергией, критическое поверхностное нaтянieниe которого составляло 31 мДж/м . Модификацию поверхности проводили прививкой полиэтилену адгезионно-активных кислородсодержащих функциональных групп —ОН, —СО, —СООН и др. Модификация осуществлялась обработкой полиэтилена окислителями, ультрафиолетовым облучением и другими методами. В результате обработки критическое поверхностное натяжение возрастало до 46 мДж/м . Если такие поверхности ввести в контакт, то адгезионная прочность их будет незначительной. [c.206]

Свойства поверхностных слоев поверхностное натяжение, поверхностная энергия и другие свойства. — В кн. Справочник физических, хи.мических и технологических величин. Т. 10. М., ОГПЗ, ГСЭИ, 1933, с. 7—62. [Техническая энциклопедия]. [c.58]

Форма выделений определяется двумя ко Н ку1р ирующими факторами— поверхностной энергией и энергией упругой деформации, стремящихся К минимуму. Требование минимума поверхностной энергии обусловливает стр емление к равноосной форме выделений и к появлению граненых форм с наименьшим поверхностным натяжением на всех гранях. Энергия упругих иг-каженин минимальна для выделений в форме тонких пластин. В зависимости от того, какой из указанных двух факто ро преобладает, форма выделений ближе к равноосной или тонкопластинчатой. [c.286]

Сфероидизацня пор сопровождается уменьшением свободной поверхностной энергии и осуществляется вследствие вязкого течения иод действием сил поверхностного натяжения [9, 10], что подтверждается приведенным ниже небольшим расчетом. [c.59]

Развитие химической и электрохимической коррозии, механического и коррозионно-механического износа (механохимической коррозии) определяется энергетическими взаимодействиями в системе металл-1 — металл-2 — нефтепродукт — ПАВ — вода (электролит) (см. рис. 1). К важнейшим энергетическим характеристикам, определяющим эти процессы, относятся прежде всего характеристики самих металлов, связанные с их свойствами (пластичностью, твердостью, хрупкостью, коррозионной стойкостью и др.) работа выхода электрона из 1металла поверхностный потенциал металла Уд, контактная разность потенциалов (КРП),, нормальный электродный потенциал V нэп, потенциал нулевого заряда металла (Унз), свободная поверхностная энергия металла ( поверхностное натяжение металла) ме, энергия кристаллической решетки металла кр и др. [44—53]. Эти характеристики для одного и того же металла существенно отличаются в зависимости от состояния его внешней (видимой) и внутренней (микротрещины, совокупность внутренних дефектов) поверх ности. Эти характеристики различны также для зоны ювенильного металла и внешней зо ны наклепа — слоев деформированного металла, образующегося в результате механической обработки. Для стали зона наклепа может распространяться па глубину от 0,01 мм (при протяжке) и до 3—4 мм (при точении, прессовании) [44]. [c.18]

Измерение поверхностной активности и свободной поверхностной энергии (см. Поверхностное натяжение) в особенности на границе двух анти-полярных жидт остей (вода—углеводород) может с успехом применяться как чувствительный метод физико- химического анализа в различных областях техники. [c.202]

Однако наблюдаемые в реальных условиях значения переохлаждения или пересыщения во многих случаях оказываются намного ниже указанных величин. Это связано главным образом с наличием в реальных условиях факторов, снижающих величину составляющей поверхностной энергии в изменении свободной энергии при образовании зародыща новой фазы и соответственно уменьшающих энергию образования зародыща критического размера и критическое пересыщение или переохлаждение. Параметром, с помощью которого можно существенно изменять энергию образования критического зародыша, а следовательно, и необходимую величину пересыщения (переохлаждения), является поверхностное натяжение а. Управлять процессом фазовых превращений, изменяя поверхностное натяжение а, можно двумя путями введением специальных примесей в исходную фазу или созданием готовых поверхностей раздела. Растворимые в расплаве примеси, располагающиеся в поверхностных слоях центров новой фазы и уменьшающие их свободную поверхностную энергию, называются поверхностно-активными примесями. В случае наличия готовых поверхностей раздела зародышеобразо-вание происходит по гетерогенному механизму. [c.180]

Таким образом, методом осреднения мы получили уравнения импульса, притока тепла фаз, а также уравнения момента импульса и энергии их пульсационного (мелкомасштабного) движения. В отличие от феноменологического подхода гл. 1, метод осреднения позволил последовательно учесть влияние мелкомасштабного движения фаз поверхностного натяжения и получить выражения для определения таких макроскопических характеристик, как тензор напряжений в фазах, интенсивности межфазного взаимодействия, потоки различных видов энергий и т. д. через значения микропараметров. Реализация этих выражений, приводящая к реологическим соотношениям теперь уже только между макропараметрами (которые можно называть явными реологическими соотношениями) и, как результат, к замыканию системы уравнений, должна производиться с учетом структуры и физических свойств фаз в смеси. И это есть основная проблема при моделировании гетерогенных сред. [c.87]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...