Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий



Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

2.3.4. Гистерезис смачивания

Ранее мы рассмотрели зависимости равновесного смачивания жидкостью поверхности идеального недеформируемого твердого тела. Для таких систем нет различия в механизме достижения равновесия - будет ли оно достигнуто при натекании жидкости на поверхность или при ее отекании. Для реальных тел с шероховатой поверхностью, на которой возможны загрязнения или адсорбционные пленки, значение равновесного угла смачивания зависит от предыстории достижения равновесия.

В большинстве случаев смачивания жидкостью поверхности твердого тела краевой угол натекания и угол отекания жидкости не равны, причем угол натекания всегда больше. Разница между этими углами составляет десятки, а иногда и сотни градусов. Например, угол натекания капли ртути на стали на 154o больше угла отекания. Очевидно, что для практических расчетов необходимо знать, каким образом был измерен угол смачивания. Можно назвать, по крайней мере, три причины различия в углах натекания и отекания. Первая из них – неоднородность поверхности, например ткани, в результате загрязнения каким-либо гидрофобным веществом, например маслом. В этом случае при смачивании поверхности водой масляное загрязнение будет растекаться по поверхности воды и снижать ее поверхностное натяжение, а поверхность твердого тела после удаления масляной пленки и отступания капли воды будет иметь более высокое поверхностное натяжение.

Анализ уравнения Юнга (1.2.45) показывает, что угол смачивания при отекании в этом случае будет меньше угла натекания.

Тщательная предварительная очистка поверхности твердого тела в значительной степени исключает гистерезис смачивания, особенно если твердое тело нерастворимо в жидкости и имеет гладкую поверхность.

Вторая причина гистерезиса – шероховатость твердого тела, влияние которой на величину краевого угла смачивания мы обсудили выше. Поскольку углы натекания чаще бывают тупыми (Qн > 90o), а углы отекания острыми (Qо< 90o), то шероховатость увеличивает угол натекания и снижает угол отекания. Отметим, что шероховатость должна быть соизмерима с размером капли, иначе ее влияние будет незначительным. Практически все поверхности шероховаты на микроскопическом уровне, но такой вид шероховатости не оказывает влияния на смачивание. При макроскопической шероховатости возможно запирание пузырьков воздуха и поверхность твердого тела ведет себя как составная, что резко повышает величину углов натекания.

Третья причина состоит в подвижности (или неподвижности) поверхности твердого тела в макроскопическом масштабе. Если поверхность способна деформироваться под действием молекулярных сил притяжения и по периметру смачивания формируется валик, этот валик способен оказывать такое же влияние на угол смачивания, как и шероховатость, рис. 1.27. Образование валика происходит под действием нескомпенсированной нормальной составляющей силы поверхности .

Такая деформация видна невооруженным глазом на свежих набухших полимерных пленках, например на геле желатина. При перемещении фронта смачивания происходит смещение волны поверхностной деформации. Такой фактор вполне может проявляться и при смачивании полимерных волокон, особенно эластичных.

Рис. 1.27. Схема образования валика на поверхности твердого тела при его деформации

Скорость движения жидкости также оказывает влияние на величину краевого угла смачивания. При увеличении скорости течения угол смачивания растет и становится тем больше равновесного значения, чем выше скорость течения. В этом случае говорят о динамическом угле смачивания.

Для расчета величины динамического угла смачивания при течении в режиме с малым значением критерия Нуссельта используют уравнение

, (1.2.77)

где V – скорость течения; h , s – вязкость и поверхностное натяжение текущей жидкости.

Для определения значений динамического угла смачивания измеряют скорость капиллярного впитывания жидкости с использованием приведенного выше уравнения (1.2.72) Уошборна при вертикальном расположении капилляров. При выражении скорости течения как

,

где Н – высота жидкости в капилляре радиуса r, t– время, уравнение Уошборна принимает вид

. (1.2.78)

Расчет Qd по этому уравнению позволяет получить значения, достаточно хорошо совпадающие с измеренными экспериментально.


Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн