Явища на межі рідини і твердого тіла

Тверді тіла, як і рідкі, мають поверхневий натяг. При розгляді явищ на межі розділу різних середовищ слід враховувати, що поверхнева енергія рідини чи твердого тілп залежить не лише від властивостей даної рідини чи твердого тіла, але й від влативостей тієї речовини, з якою вони межують. Строго кажучи, потрібно розглядати сумарну поверхнева енергію двох межуючих одна з одною речовин. Лише якщо одна речовина газоподібна, хіміно не реагує з іншою речовиною і мало-розчинна в ній, можна говорити про коефіцієнт поверхневого натягу другого рідкого чи твердого тіла.

Якщо межують одна з одною одразу три речовини: тверда, рідка і газоподібна, то вся система приймає конфігурацію, що відповідає мінімуму сумарної енергії (поверхневої, в полі сил тяжіння і т.п.).

Зокрема контур, по якому межують всі три речовини, розташований на поверхні твердого тіла таким чином, щоб сума проекцій всіх, прикладених до кожного елемента контура сил поверхневого натягу на напрямок, в якому елемент контура може переміщуватись (тобто на напрямок дотичний до поверхні твердого тіла), дорівнювала нулю.

Маємо умову рівноваги елемента контура довжиною (з малюнка):

(3)

де - коефіцієнти поверхневого натягу на межах: тверде тіло-газ, тверле тіло-рідина, рідина-газ.

Кут між дотичними до поверні твердого тіла і до поверхні рідини,(що відраховується всередині рідини) називається крайовим кутом (з рівняння (3)).

(4)

Крайовий кут визначається цим виразом лише за умови, що:

(5)

Якщо ця умова не виконується ні при якому значенні не може встановитися рівновага. Це має місце в двох випадках:

1.

Яким би малим не був кут , сила переважує дві інші. В цьому випадку рідина нобмежено розтікається по поверхні твердого тіла – має місце повне змочування.

Заміна поверхні тверде тіло-газ двлма поверхнями, тверде тіло-рідина і рідина-газ, виявляється енергетично вигідно

2.

Якби не був близький до π , сила , перважає дві інші.

Поверхня, по якій рідина межує з твердим тілом, зтагується в точку, рідинавідхиляється від твердої поверхні – має місце повне незмочування. Заміна поверхні тверде тіло-рідина двома поверхнями тверде тіло-газ і рідина-газ, виявляється енергетично-вигідно

При виконанні умови (5), крайовий кт може виявитися гострим чи тупим в залежності від співвідношення .

Якщо ,кут - гострий. В цьому випадку має місце часкове змочування. Якщо , кут - тупий. Має місце часкове незмочування.

Капілярні явища

Існування крайового кута призводить до того, о поблизу стінок посудини спостерігається викривлення поверхні рідини. В капілярі чи у вузькому зазорі між двома стінками викривленою виявляється вся поверхн.

Якщо рідина змолчує стінки, поверхня має вогнуту форму, якщо не змочує – випуклу. Такого роду вигнуті поверхні рідини називаються менісками.

Якщо капіляр опустити одним кінцем в рідину, що міститься в широкій посудині, то під викривленою поверхнею в капілярі тиск буде відрізнятися від тиску під плоскою поверхнею в широкій посудині на величину , що визначається за формулою Лапласа:

В результаті при змочуванні капіляря, рівень рідини в ньому буде вищий, ніж у посудині, пр незмочуванні – нижче.

Зміна висоти рівня рідини у вузьких трубах чи зазорах називається капілярністю (явища обумовлені існуванням поверхневого натягу).

Між рідиною в капілярі і широкій посудині встановлюється така різниця рівнів h, щоб гідростатичний тиск

- поверхневий натя на межі рідина-газ

R – радіус кривизни меніска

Враховуючи, що , отримаємо:

Лекція 6

Фазові переходи

1. Фаза, фазові переходи
2. Випаровування, плавлення, конденсація, кристалізація
3. Рівняння Клайперона-Клаузіуса
4. Потрійна точка. Діаграма стану

Фаза, фазові переходи

В термодинаміці фазою називають сукупність однорідних, однакових з властивостями частин системи.

При певних умовах різні фази однієї речовини можуть знаходитись в рівновазі одна з одною. Рівновага двох фаз може мати міце лише у певному інтервалі температур, причому кожному значенню температери відповідає певний тиск:

Таким чином, стани рівноваги двох фаз зображуються на діаграмі (p,T) лінією p=f(T)/

Три фази однієї речовини можуть знаходитись в рівновазі лише при деяких значеннях температури і тиску, яким на діаграмі (p,T) відповідає точка, що називається потрійною точкою. Вона лежить на перетині кривих рівноваги.

Рівновага більш ніж трьох фаз неможлива.

Перехід з однієї фази в іншу зазвичай супроводжується поглинанням чи виділенням тепла (теплота переходу). Такі переходи називаються фазовими переходами першого роду.

Існують переходи з однієї кристалічної модифікації в іншу, що не пов’язані з поглинанням чи виділенням тепла. Такі переходи називаються фазовими переходами другого роду.

Поиск по сайту: