Поверхностные силы и капиллярные явления

ПОВЕРХНОСТНЫЕ СИЛЫ И КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ [c.25]

Поверхностные силы и капиллярные явления 1.2. Баланс давлений в тепловой трубе..... [c.256]

ЯВЛЕНИЯ <гальваномагнитные — явления, вызванные действием магнитного поля на электрические свойства твердых проводников, по которым течет электрический ток капиллярные— явления, обусловленные смачиванием и поверхностной энергией на границе фаз на уровне межмолекулярных сил контактные — электрические явления, возникающие в зоне контакта металлов или полупроводников переноса — необратимые процессы, приводящие к пространственному перемещению массы, энергии и т. п., возникающие вследствие действия внешних силовых полей или наличия пространственных неоднородностей состава, температуры) [c.303]

Распад струй, пленок и отдельных капель на более мелкие является одной из сложнейших проблем капиллярной гидродинамики, которая привлекает внимание многих исследователей. В этой области теоретические работы развиваются в нескольких направлениях 1) изучение распыливания топлива, основанное на использо-. вании метода малых возмущений 2) определение размеров капель на базе предположения о дроблении струи под действием турбулентных пульсаций 3) установление предельного размера капель на основании равенства сил поверхностного натяжения и аэродинамического давления 4) нахождение условия распада вследствие явления кавитации 5) определение вероятного размера капель на основании предположения о равенстве масс и энергии жидкости до и после распада струи. [c.17]

Поверхностные явления вызываются избытком свободной энергии в пограничном слое - поверхностной энергии, повышенной активностью и ориентацией молекул поверхностного слоя, особенностями его структуры и состава. Химические и физические взаимодействия тел происходят, прежде всего, в поверхностных слоях. Основные поверхностные явления связаны с уменьшением поверхностной энергии, пропорциональной площади поверхности. Так, образование равновесных форм жидких капель или газовых пузырей определяется минимумом свободной энергии при постоянном объеме. Поверхностные явления, возникающие при совместном действии молекулярных сил (поверхностного натяжения и смачивания) и внешних сил (например, силы тяжести) и вызывающие искривление жидких поверхностей раздела, называются капиллярными явлениями. [c.15]

При образовании в результате капиллярных явлений слоя жидкости в зазоре между частицами и поверхностью (см. рис. IV, 6, б, в) сила адгезии частиц будет равна капиллярным силам. В связи с тем, что сила адгезии и размеры прилипших частиц поддаются измерению, рекомендовано [90] определять по уравнениям (IV, 40) и (IV, 41) поверхностное натяжение воды (или другой жидкости), если известны величины и г. Ниже приведены экспериментальные данные по определению поверхностного натяжения методом измерения сил адгезии стеклянных шариков в присутствии капиллярно-удерживаемой жидкости на стеклянных поверхностях [c.114]

Как следует из представленных на рис. 83 зависимостей высоты подъема от фактора формы, рассчитанных по выражению (4.49) для четырех указанных выше групп, экспериментальные и теоретические результаты удовлетворительно совпадают друг с другом (отклонение < 11,7 %), причем высота подъема жидкости растет с уменьшением фактора формы при неизменном среднем диаметре пор ППМ. Это явление можно объяснить, исходя из энергетических соображений. Уменьшение фактора формы, согласно (4.45), приводит к увеличению удельной поверхности, что в свою очередь увеличивает поверхность на границах раздела жидкость - твердое тело и твердое тело — газ. Движущей силой процесса капиллярного подъема жидкости является изменение свободной поверхностной энергии — ее минимизация [81]. При увеличении поверхности на границе раздела повышается и свободная поверхностная энергия [84], поэтому для ее минимизации жидкость должна подняться на большую высоту (иметь большую потенциальную энергию), что и подтверждают за- [c.120]

Однако, согласно [69, 70], при столкновении двух твердых частиц, плохо омачиваемых металлом, наблюдаются капиллярные явления, в результате которых расплав под действием сил поверхностного натяжения вытягивается из зазора в месте соприкосновения частиц ( ис. 15), Следовательно, при коагуляции таких частиц образуются еше поверхности раздела газовой полости с металлом и твердыми частицами. Поэтому изменение свободной энергии запишется в данном случае так [c.54]

Рис. 5.6. Капиллярные явления обусловлены поверхностным натяжением а —высота к, до которой поднимается жидкость, зависит от краевого угла 9, поверхностного натяжения 7 и радиуса г б краевой угол 9 определяет направление действия силы, возникающей на поверхности раздела жидкости—воздух в — вертикальная составляющая силы, возникающей на поверхности раздела жидкости—воздух, уравновешивает равнодействующую сил, возникающих на поверхностях раздела жидкость—стекло и стекло—воздух.

Силы поверхностного натяжения приходится учитывать при исследовании некоторых гидравлических явлений, например при движении жидкости в капиллярных трубках некоторых измерительных приборов, где явление капиллярности может значительно исказить результаты измерений, при решении отдельных задач подземной фильтрации жидкости и т. п. При обычных же гидравлических расчетах влиянием этих сил из-за их малости, как правило, пренебрегают. [c.20]

Из повседневного опыта хорошо известно, что если погрузить в воду один конец стеклянной трубки малого диаметра (капилляра), то вода поднимается вверх по этому капилляру и установится в нем на некоторой высоте над общим уровнем жидкости. Это явление (его обычно называют явлением капиллярности) объясняется действием сил поверхностного натяжения. Рассмотрим его подробнее. [c.158]

Явление капиллярности обусловлено наличием поверхностного натяжения жидкости и силами взаимодействия между нею и стенками трубки, наблюдаемое при малых ее диаметрах. [c.76]

Поверхностным натяжением жидкости и силами взаимодействия меаду нею и стенками трубки малого диаметра или скелетом мелкопористого твердого тела обусловлено явление капиллярное-ти. Б результате жидкость в трубке поднимается или опускается на некоторую высоту, причем на границе между жидкостью и газом образуется выпуклый (если жидкость несмачивающая) или вогнутый (если жидкость смачивающая) мениск. [c.13]

Поверхностное натяжение (капиллярность). Как показывают наблюдения, свободная поверхность жидкости стремится уменьшить свою площадь. Это свойство объясняется тем, что свободная поверхность находится в напряженном состоянии, подобном тому, в котором находится равномерно натянутая тонкая пленка. Причиной такого состояния является следующее каждая частица жидкости, находящаяся вблизи свободной поверхности, притягивается соседними частицами результирующая всех этих сил притяжения направлена внутрь жидкости, вследствие чего на поверхности остается ровно столько частиц, сколько безусловно необходимо для образования свободной поверхности. Такое же явление наблюдается и на поверхности соприкосновения двух несмешивающихся между собой жидкостей. Указанное выше напряженное состояние называется поверхностным натяжением, [c.42]

Адсорбция — уплотнение газа на поверхности твердого тела (адсорбента), не сопровождающееся для случая пористого адсорбента ожижением газа или пара в его мелких порах под действием капиллярных сил. Как чисто поверхностное явление адсорбционный процесс характеризуется большой скоростью, и для адсорбентов с гладкой поверхностью (лишенной пор) процесс завершается практически в неизмеримо малое время. Адсорбция газов пористыми адсорбентами происходит значительно медленнее, так как в узких порах газы диффундируют с малой скоростью, но все же процесс завершается в зависимости от характера пористости адсорбента в несколько секунд или минут. [c.381]

Еще одним следствием поверхностного натяжения служит явление капиллярного поднятия в узких трубках, или капиллярах, большинство жидкостей поднимаются на высоту к (рис. 5.5) эффект зависит от радиуса капилляра чем меньше радиус, тем больше /г. Жидкость в капилляре поднимается, потому что при увеличении площади поверхности раздела жидкость-стекло уменьшается свободная энергия. Выведем соотношение между высотой Л, радиусом г и поверхностным натяжением 7. Как показано на рис. 5.6, в, сила [c.150]

Помимо изложенного выше объяснения причин капиллярности, в литературе часто приводится и иная точка зрения на данный вопрос, в основу которой кладется представление о гипотетической силе так называемого поверхностного натяжения. Надо учитывать, что в области проблемы молекулярных явлений в жидкости в настоящее время существует целый ряд различных теорий и гипотез этот вопрос следует считать еще недостаточно исследо-чанным. [c.15]

Поверхностное натяжение и капиллярность. Из прочих свойств жидкостей практическое значение имеет свойство оказывать сопротивление растягивающим силам. Это свойство проявляется главным образом в явлении поверхностного натяжения, от которого зависит при всех прочих равных условиях герметичность гидроагрегатов. Чем выше поверхностное натяжение, тем проще обеспечить герметичность гидроагрегатов. Для воды и воздуха поверхностное натяжение при 20° С составляет 0,00826, для ртути и воздуха 0,0551 и для этилового спирта 0,00228 кПм. Силиконовые жидкости имеют поверхностное натяжение менее 30 дин1см (или 0,003 кПм), ввиду чего их трудно уплотнять. [c.35]

КАПИЛЛЯРНОЕ ДАВЛЕНИЕ — разность давлений по обе стороны искривлённой поверхности раздела двух жидкостей или жидкости и газа. Величина К. д. связана с поверхностным натяжением и радиусом ср. кривизны поверхности жидкости Лапласа уравнение. . В случае вогнутой поверхности жидкости давление в iieii понижено по сравнению с давлением в соседней фазе и К. д. Др<0, для выпуклой поверхности Др>0, для плоской поверхности 4р=0. К. д.— следствие действия сил поверхностного натяжения, к-рыс направлены по касательной к поверхности, что приводит к появлению составляющей, направленной внутрь объёма контактирующих фаз. См. также Капиллярные явления. [c.239]

Проанализируем характерные черты менискообразования на примере цилиндрической поры радиуса R. Прежде всего выясним, при каких условиях цилиндрическая пленка становится неустойчивой. При построении теории явления менискообра-зования будем следовать гипотезе Дерягина, состоящей в том, что действие поверхностных сил аддитивно по отношению к капиллярным. Итак, запишем условие равновесия цилиндрической пленки (Хейфец и Неймарк, 1982 Дерягин и Чураев, 1984) [c.37]

Затем он приводит следующий пример Одно хорошо известное явление получает свое объяснение благодаря существованию дила-тансии песка. После отлива песок остается твердым, и если на него наступают ногой, то песок светлеет или становится на некоторое время сухим вокруг ноги. Когда это происходит, песок заполнен водой, поверхность которой поддерживается капиллярными силами на уровне поверхности песка давление ноги вызывает объемное расширение песка, и при этом требуется больше воды, которая должна поступать или за счет снижения поверхностного уровня, преодолевая капиллярные силы, или же за счет откачки воды через пустоты от окружающего песка. Последнее для своего осуществления требует времени, так что в первый момент преодолеваются капиллярные силы и поверхность воды опускается ниже поверхности песка, отчего последний становится светлее или суше до тех пор, пока не будет получено достаточного притока от нижних слоев, и тогда поверхность воды повышается и снова смачивает песок. Когда нога поднимается, то обычно можно видеть, что песок под ногой и вокруг мгновенно становится мокрым. Это происходит [c.346]

Найти скорость системы простых гармонических волн длины X, движущихся под влиянием силы тяжести и капиллярности по общей поверхности двух жидкостей с плотностями Q и Q, если Т—поверхностное натяжение. Показать, что имеется минимальная скорость волны найти ее величину и величииу соответствующей длины волны. Доказать, что групповая скорость группы волн почти одинаковой амплитуды, длины и фазы больше или меньше скорости одной волны, смотря по тому, будет ли длина волны в группе меньше или больше, чем длина волны, имеющей минимальную скорость. Указать, какие явления можно объяснить этим результатом. [c.420]

Поверхностное натяжение определяется как работа сг изотермич. и обратимого образования 1 см данного поверхностного слоя, т. е. как максимальная работа перевода в поверхностный слой необходимого для его образования числа молекул из объема граничащих фаз. Из самого определения следует, что сг м. б. легко измеряемо только для жидких поверхностей раздела (жидкость—газ или жидкость 1—жидкость 2), т. е. для поверхностей, образованных фазами, молекулы которых легкоподвижны и потому позволяют провести процесс образования нового поверхностного слоя практически вполне обратимо. Для твердых поверхностей раздела (твердое тело— жидкость или твердое тело—газ) обратимое проведение механич. диспергирования невозможно, и потому (Т не м. б. измерено обычными прямыми методами, связанными с увеличением поверхности. Поверхностное натяжение твердых тел на границе с окружающей средой—жидкостью или газом, м. б. приближенно оценено однако работой диспергирования, т. е. работой всегда определенным образом производимого, но необратимого измельчения тела (напр, со-шлифовывания, истирания или процарапывания). Такую работу или пропорциональное ей преодолеваемое усилие следует принять за меру твердости твердого тела. Твердость является т. о. мерой поверхностной энергии тела в данных условиях. Обычная шкала твердости дает расположение твердых тел (минералов) в порядке возрастания их поверхностной энергии (см. Склерометрия, Капиллярные явления и Поверхностное натяжение). Свободная энергия любого поверхностного слоя возрастает с увеличением различия в интенсивности молекулярных сил соприкасающихся фаз, т. е. с увеличением разности их полярностей, и следовательно изменяется обратно взаимной растворимости обеих фаз, образующих поверхность, а убывает почти линейно для чистых жидкостей на границе с собственным паром при повышении Г, обращаясь в О незадолго до критич. точки, при к-рой полярности обеих фаз выравниваются. При низких 1° а падает с Ь, причем для ассоциированных жидкостей кривая несколько выпукла, а для мало ассоциированных—почти линейна, что связано с практич. неизменяемостью полной поверхностной энергии Е с Т [c.199]

КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, явления, обусловленные действием молекулярных сил, гл. обр. в жидкостях, а также и в твердых телах. Эти явления вызываются некомпенси-рованностью молекул пограничных поверхностных слоев между различными фазами [c.473]

Всасывание жидкостей пористыми телами (куски сахара, кирпич, почва) также относится к капиллярным явлениям и име- j ет большое прикладное значение, особенно для учения о грунтах, почвоведения и технологии строительных материалов. Все К. я. обусловлены силами междумолекулярного сцепления, действующими как между частицами жидкости, так и между частицами твердой стенки и соседними частицами жидкости. Основными величинами при изучении К. я служат внутреннее давление К (молекулярное давление на плоской поверхности жидкости), поверхностное натяжение а, определяемое как работа образования единицы (1 см ) новой поверхности раздела, и краевой угол в — зтол, образуемый жидкой поверхностью с пересекающей ее твердой стенкой. Краевой угол даёт возможность измерять смачиваемость твердой стенки ва меру ее удобно принять величину В = os б. Поверхностное натяжение а является той избыточной свободной энергией, к-рой обладает слой (в 1 см ) жидкости вблизи поверхности раздела по сравнению с ее внутренними частями. Поэтому поверхность жидкости S самопроизвольно уменьшается (это связано с уменьшением свободной энергии = aS всей поверхности жидкости) и принимает под действием одних только междумолекулярных сил форму шара, отвечающую прп данном объеме наименьшей поверхности жидкости другой возможный самопроизвольный процесс,, связанный с понижением свободной поверхностной анергии жидкости, состоит в скоплении у поверхности раздела таких веществ из окрунгающей среды напр, растворенных ранее в самой жидкости), к-рые своим присутствием в поверхностном слое понижают а. Гиббс термодинамически показал, что скопление, т. е адсорбция, таких поверхностно активных веществ у любой поверхности раздела необходимо связано с понижением свободной поверхностной энергии этой поверхности, что количественно выражается ур-ием вида [c.473]

К К. я., изучаемым теорией капиллярности, относятся 1) Равновесные К. я. — явления собственной формы жидкостей и равновесной формы роста твердых тел — кристаллов сюда относятся образование равновесных форм свободной поверхности жидкостей. поверхностей, ограниченных твердыми телами (формы пленок, фигуры Плато), под действием одних только молекулярных сил, а также внешнего (обычно гравитационного) поля, и формы движущихся поверхностей (движущиеся — колеблющиеся капли, струи, капиллярные волны). К равновесным К. я. принадлежат также и явления при соприкосновении жидких поверхностей с твердыми телами и другими несмешивающимися жидкостями — явления смачивания. 2) К а-пиллярные силы — силы, обусловленные молекулярным давлением и его зависимостью от кривизны поверхности. 3) Капиллярные движения, т. е. движения, вызываемые капиллярными силами и ведущие к образованию равновесных форм и вообще к равновесным поверхностным состояниям. [c.474]

Поверхность жидкости в сосуде всегда имеет некоторую кривизну вблизи стенок, где заметную роль играют силы взаимодействия молекул жидкости и стенок. Когда свободная поверхность жидкости невелика, влияние стенок существенно для описания свойств поверхности — она оказывается искривленной на всей протяженности. В этом случае расстояния между твердыми поверхностями, ограничивающими жидкость, сравнимы с радиусами кривизны менисков и сами сосуды называют капиллярными. Поверхностные явления в таких сосудах называют капиллярными явлениями. Наиболее характерные капиллярные явления — капиллярное всасывание, а также капиллярный подъем или опускание жидкости в капиллярном канале, погруженном в жидкость. При смачивании жидкостью стенки канала <0<9О°) образуется вогнутый мениск и давление жидкости в канале понижается на величину Ркап по сравнению с давлением окружающей среды. Вследствие такого понижения давления жидкость поднимается по каналу до уровня, при котором гидростатическое давление столба жидкости уравновешивает капиллярное давление. При установившемся равновесии имеем [c.30]

Для расчета интенсивности теплообмена при кипении на теплоотдающих поверхностях с пористыми покрытиями предложен ряд < )ормул, полученных либо теоретическим путем, либо на основе теории подобия. Из формул первого типа можно отметить полуэмпири-ческие зависимости авторов [130, 146], при выводе которых использованы весьма сходные между собой физические модели, В обоих случаях стенки капиллярных каналов рассматриваются в виде ре- бер, на поверхности которых испаряется пленка жидкости. Жидкость подсасывается в капилляры под действием сил поверхностного натяжения. Эти формулы качественно правильно отражают закономерности рассматриваемого явления, однако рассчитать по ним интенсивность теплообмена достаточно сложно. Это связано с трудностями, взоннкающими при определении эффективной теплопроводности пористого слоя Яэф. Авторы [130, 146], сопоставляя полученные ими формулы с опытными данными, не приводят зависимости, использованные для расчета Хэф в тех или иных конкретных условиях проведения опытов. Меледу тем очевидно, что значение 1эф зависит как от характера пористого покрытия, так и от технологии его нанесения. Этим, по-видимому, объясняется, что эмпирические коэффициенты формул авторов [130, 146], подобранные на сновании опытов одного исследователя, оказываются неприемлемыми при обобщении опытных данных других исследователей. [c.224]

Согласно [132], изменение поверхностного натяжения от точки к точке приводит к появлению тангенциальных сил, действуюш,их на поверхность жидкости и приводящих ее в движение. Теория этого явления, названного капиллярной конвекцией, дана Левичем и имеет важное значение для понимания механизма коррозионных процессов, развивающихся в тонких слоях. При рассмотрении случая изменения поверхностного натяжения за счет незначительных температурных перепадов необходимо иметь в виду, что они, естественно, вызовут и обычное конвективное движение. Однако в тонких слоях, где поверхность жидкости достатчно велика по отношению к объему, как отмечает автор, обычная тепловая конвекция будет приводить к весьма малым скоростям движения по сравнению с теми, которые возникают из-за капиллярной конвекции. В самом деле, в случае тонких слоев поверхностные эффекты должны быть велики по сравнению с объемными, поскольку величина поверхности очень велика, а силы поверхностного натяжения весьма значительны по сравнению с гравитационными. [c.119]

Расчет В. Г. Левича [3] подтвердил эту гипотезу. Оказалось, что саморазмешивание тонких слоев возможно уже при незначительных температурных перепадах, а изменение поверхностного натяжения от точки к точке приводит к появлению тангенциальных сил, действующих на поверхности жидкости п приводящих ее в движение. Теория этого явления, названного капиллярной конвекцией, разработана В. Г. Левичем [3] и имеет важное значение для понимания механизма коррозионных процессов, развивающихся в тонких слоях. [c.43]

Непостоянство коэффициента поверхностного натяжения вдоль границы раздела двух несмешивающихся жидкостей проявляется в том, что на поверхности возникают дополнительные касательные напряжения, называемые капиллярными, которые могут существенно влиять на движение жидкостей, а в случае отсутствия гравитации и других сил полностью определяют ее движение. Явления, обусловленные возникновением сил, связанных с градиентами поверхностного натяжения, носят общее название эффекта Марангони. В частности, если существенна температурная зависимость поверхностного натяжения, то говорят о термокапиллярном эффекте, если концентрационная — о концентрационно-капиллярном эффекте. [c.231]

Прежде всего, следует указать на капиллярную конденсацию, которая, как известно, обусловлена тем, что упругость паров, насыщающих пространство, зависит от кривизны мениска жидкости, над которым устанавливается равновесное давление паров. Можно рассмотреть три характерных мениска (рис. 164) выпуклый, вогнутый и плоский Оказывается, что равновесное давление насыщенных паров будет наибольшим над выпуклым мениском и наименьшим над вогнутым мениском. Это определяет возможность преимущественной конденсации водяного пара на вогнутых менисках (например, в капиллярах, щелях) в то время, как над плоской поверхностью мениска пар будет еще ненасыщенным. Это явление можно объяснить на основе кинетической теории газов тем, что молекулы в газообразной фазе при своем беспорядочном тепловом движении имеют гораздо ббльшую вероятность удариться и остаться на поверхности жидкости, находясь над вогнутым мениском, над которым силы сцепления молекул поверхностного слоя жидкой фазы больше, нежели над плоским, или, тем более, выпуклым мениском, что и соответствует меньшей величине парциального давления влаги в газовой фазе, а потому большей легкости конденсации над вогнутым мениском. Приведем известное уравнение, количественно определяющее возможность капиллярной конденсации [c.328]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...