ш
2
z
CL
X С
К. в. создают «шероховатость» поверхности, способствующую генерации гравитац. волн ветром. К, в. существенно влияют на процессы отражения и рассеяния :^л.-магн. и акустич. волн водной поверхностью, и частности на е╦ оптич. свойства (области поииж. уровня К. в. видны как гладкие пятна или полосы).
Л. А. Островский.
КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ≈ совокупность явлений, обусловленных действием межфазного поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред; к К. я. обычно относят явления в жидкостях, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с др. жидкостью, газом или собств. паром. К. я.≈ частный случай поверхностных явлений.
Б отсутствие силы тяжести поверхность жидкости искривлена нсегда. Под воздействием поверхностного натяжения ограниченный объ╦м жидкости стремится принять форму шара, т. е. занять объ╦м с мин. поверхностью. Силы тяжести существенно меняют картину. Жидкость с относительно малой вязкостью быстро принимает форму сосуда, в к-рый налита, прич╦м е╦ свободная поверхность (ие граничащая со стенками сосуда) в случае достаточно больших масс жидкости и большой площади свободной поверхности практически плоская. Однако по мере уменьшения массы жидкости роль поверхностного натяжения становится более существенной, чем сила тяжести. Так, напр., при дроблении жидкости в газе (или газа в жидкости) образуются капли (пузырьки) сфсрич. формы. Свойства систем, содержащих большое кол-во капель или пузырьков (эмульсии, жидкип аэрозоли, пены), и услония их формирования во многом определяются кривизной поверхности этих образований, то есть К. я. Большую роль К. я. играют и в зародыпгеобразованни при конденсации пара, кипении жидкостей, кристаллизации.
Искривление поверхности жидкости может происходить также в результате е╦ взаимодействия с поверхностью др. жидкости или тв╦рдого тела. В этом случае существенно наличие или отсутствие смачивания жидкостью этой поверхности. Если имеет место смачивание, т. е. молекулы жидкости 7 (рис. 1) сильнее взаимодействуют с поверхностью тв╦рдого тела 3, чем с молекулами др. жидкости (пли газа) 2, то под воздействием разности сил ыежмолекулярного взаимодействия жидкость поднимается но стенке сосуда и примыкающий к тв╦рдому телу участок поверхности жидкости будет искривл╦н. Гидростатич. давление, вызванное подъ╦мом уровня жидкости, уравновешивается капиллярным давлением ≈ разностью давлений над н под искривл╦нной поверхностью, величина к-рого связана с локальной кривизной поверхности жидкости.
Если сближать плоские стопки сосуда с жидкостью, то зоны искривления перекроются и образуется мениск ≈ полностью искривл╦нная поверхность. R таком капилляре в условиях смачивания под вогнутым мениском давление понижено, жидкость поднимается; вес столба жидкости вые. Д└ уравновешивает капиллярное давление Д/з. В условиях равновесия
≈ Др^- (pi ≈pa) gV-=≈
где pj и р2 ≈ плотности жидкости 1 и газа 2, oJ2 ≈ межфазное поверхностное натяжение, g≈ускорение свободного падения, г≈радиус средней кривизны поверх-
1 1 1 нести мениска (≈ = ≈ -)-≈ , где Д1 и Л2 ≈ радиусы кри-
Г t\ I /f;
БКЗИЫ мениска в двух взаимно перпендикулярных плоскостях сечения). Для смачивающей жидкости г<0 и /i{)>i). Нссмачивающая жидкость образует выпуклый мениск, капиллярное давление под к-рым положительно, что приводит к опусканию жидкости в капилляре ниже уровня свободной поверхности жидкости (&└<()). Радиус кривизны г связан с радиусом капилляра гк соотношением г≈≈rH/cos6, где 0 ≈ краевой угол, образуемый поверхностью жидкости со стенками капилляра.
Из ур-ния (7) можно получить т, н. капиллярную постоянную а ≈ величину, характеризующую размеры системы L<a, при к-рых становятся существенными К, я.:
Для воды при темп-ре 20 °С а=0,38 см,
К К. я. относятся капиллярное впитывание, появление и распространение капиллярных волн, капиллярное передвижение жидкости, капиллярная конденсация, процессы испарения и растворения при наличии искривл╦нной поверхности. Для капиллярного впитывания важной характеристикой является его скорость i>, определяемая величиной капиллярного давления и вязким сопротивлением течению жидкости в капилляре. Скорость v изменяется со временем впитывания tj и для вертикально расположенного капилляра
,*\ v(t) =
гк r2ait cose ≈≈ *LJ ≈ i ≈≈ ≈ 8-nhCO L гк
/os (2)
где h (t) ≈ положение мениска в момент времени t (рис, 1), т) ≈ коэф. вязкости жидкости. При впитывании в горизонтальный капилляр
Г jj CT] г COS 6
Г j; <TI2 COS 6
$r\i
(3)
При г>10"3 см/с следует учитывать возможную зависимость краевого угла 0 от у, а в нек-рых случаях ≈ вязкое сопротивление вытесняемого из капилляра газа (или др. жидкости).
Скорость капиллярного впитывания играет существ. роль в водоснабжении растений, движении жидкости в ночнах и др, пористых телах. Капиллярная пропитка ≈ один из распростран╦нных процессов хим. технологии.
Искривление свободной поверхности жидкости под действием внеш. сил {напр., ветра, вибрации) вызывает появление и распространение к а и и л л я р н ы зс волн («рнби» на поверхности жидкости). Самопро^ извольное образование поверхностных волн ≈ флуктуации толщины тонких слоев жидкости (струи, пл╦нки) ≈ является причиной их неустойчивости но отношению к состоянию кашмь или капиллярного конденсата.
Разность капиллярного давления, возникающая в результате разл. криниз-ны поверхностей менисков,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^
∙\
$
1
|
ч
|
-*
|
2
|
|
|
|
J
|
'
|
|
|
|
|
t
|
..
/!ft)
* ' j
|
|
|
|
|
|
J
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис, 1.
. 2.
может вызывать капиллярное передвижение жидкости (рис, 2). Дяя смачивающих жидкостей поток жидкости направлен к мениску с меньшим радиусом кривизны (т. е. в сторону меньшего давления). Причиной капиллярного передвижения может быть не только градиент кривизны, но и градиент поверхностного натяжения жидкости Так, градиент тсмн-ры приводит к разности поверхностного натяжения и, следовательно, к разности капиллярного давления в жидкости (термокапиллярное течение). Этим же объясняется движение капель жидкости и пузырьков газа в неравномерно нагретой среде: под влиянием градиента поверхностного натяжения приходит в движение поверхность пузырьков или капель. Аналогичный эффект наблюдается и при изменении ст12 при адсорбции поверхностно-активных веществ (ПАВ): ПАВ
