Змочування і розтікання

 

Змочування – це поверхневе явище, яке полягає у взаємодії рідини з іншим конденсованим тілом, при умові одночасного контакту трьох фаз, одна з яких є газом (повітря).

Мірою змочування є крайовий кут змочування, це кут між площиною поверхні, що змочується і дотичною до поверхні рідини в одній із точок контуру змочування.

В залежності від величини кута змочування можливі наступні варіанти (рис.8).

Рис. 8. Приклади змочування поверхні.

1. 180^о>q>90^o Поверхня не змочується (ліофобна);

2. q=90^o Межа змочування і незмочування;

3. q<90^o Поверхня змочується (ліофільна).

Проаналізуємо поверхневі сили, що діють на краплину на поверхні в умовах рівноваги (рис.9).

 

Рис. 9. Сили, що діють на краплю на поверхні.

 

s_3,1 - сила, яка діє між твердим тілом і газом і прагне розтягнути краплю;

s_3,2 –стягує краплю і діє між рідиною і твердим тілом;

s_2,1 – діє між газом і рідиною.

У випадку рівноваги цих сил:

s_3,1=s_2,1cosq+s_3,2 (2.33)

(2.34)

Рівняння (2.34) називають рівнянням Юнга.

s_3,1- s_3,2=s_2,1cosq (2.35)

Підставимо вираз (2.35) в рівняння Дюпре (2.30) і ₁ отримуємо рівняння Дюпре - Юнга:

W_a=s_3,1- s_3,2+s_2,1cosq=s_2,1+s_2,1cosq=s_2,1(1+cosq) (2.36)

Розділимо вираз (2.36) на 2s_2,:

(2.37)

Якщо q=0^o cosq=1 W_a=W_K;

q=90^o cosq=0 W_a=0,5W_K;

q=180^o cosq=-1 W_a=0, але такого стану в природі не спостерігалось.

Наприклад розглянемо систему вода-тефлон:

q=108^o; s_H2O=72мДж/м²; Wa=50,3мДж/м².

 

На поверхнях реальних тіл завжди є неоднорідності, пори та тріщини. Вони викликають відхилення кутів змочування від рівноважних значень, яке називають гістерезисом змочування. При наявності гістерезиса змочування розрізняють граничні кути натікання і відтікання.

При збільшенні об’єму краплини максимальний кут, при якому площа поверхні, яку займає крапля, не змінюється називають кутом натікання; а при зменшенні об’єму краплини мінімальний кут при якому площа поверхні яку займає краплина називають кутом відтікання.

За утворенням цих кутів зручно спостерігати нахиляючи пластину з краплею, до моменту стікання її з поверхні (рис.10).

Рис. 10. Змочування реальних тіл.