Смачивание

Кривизна поверхности жидкости нагляднее всего проявляется при соприкосновении трех тел — твердого (стенка капилляра, индекс «т»), жидкого (индекс «ж») и газообразного (индекс «г») (рис. 7.5). Впрочем, практически всегда поверхность твердого тела покрыта слоем адсорбированной жидкости, так что «газ» у поверхности — это вторая жидкость.

Рис. 5.5. Смачивание (а) и несмачивание (б) поверхности жидкостью при соприкосновении трех тел — твердого «т», жидкого «ж» и газообразного «г». Показаны направления действия сил поверхностного натяжения. Силы, σ_тг l и σ_тж l, действующие на границе с газовой фазой, направлены вдоль поверхности твердого тела

Обозначим коэффициенты поверхностного натяжения на границах «твердое тело — жидкость», «твердое тело — газ» и «жидкость–газ» посредством σтж, σтг, σжг. К единой линии соприкосновения всех трех сред приложены три силы поверхностного натяжения σтж l, σтг l, σжг l, каждая из которых стремится сократить поверхность раздела между соответствующими двумя телами (см. рис. 5.5).

Обозначим посредством θ краевой угол, т. е. угол внутри жидкости между поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела. Если краевой угол острый (0 < θ < π/2), то говорят, что жидкость смачивает твердое тело. Если краевой угол тупой (π/2 < q < π), то говорят, что жидкость не смачивает тело.

Итак, смачивание — это явление такого расположения ( «прилипания» ) жидкости на поверхности твердого тела, при котором краевой угол острый, несмачивание — при котором краевой угол тупой.

Из условия механического равновесия следует, что:

(5.11)

Верхний знак «+» соответствует случаю смачивания, знак «–» — несмачивания.

Отметим, что коэффициенты поверхностного натяжения на границе трех фаз не совпадают с коэффициентами поверхностного натяжения на границе двух фаз, в отсутствие третьей. Особенно сильно это проявляется на границах с газом. Из-за этого фактически используется лишь sжг = σ, а в присутствии газа используют величину σcosθ.