Что такое смачивание физика

Урок физики на тему «Смачивание. Капиллярные явления». 10-й класс

Разделы: Физика

Класс: 10

Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook, на каждом столе лежит “Сборник по физике” Г. Н. Степановой.

Метод ведения урока: беседа с использованием интерактивного комплекса SMART Board Notebook.

Ход урока

Смачивание. Капиллярные явления

Рассмотрим вопрос смачивания и несмачивания жидкостями твёрдых тел. Жидкость, которая растекается тонкой плёнкой по данному телу, смачивает поверхность. Жидкость, которая не растекается по поверхности твёрдого тела, а собирается в каплю, не смачивает данное тело. Вода смачивает чистое стекло, но не смачивает парафин. Ртуть не смачивает стекло, но смачивает алюминий.

Объяснить явление несложно: если силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела больше, чем между молекулами жидкости, то возникает смачивание. Если силы притяжения между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то возникает несмачивание.

Смачивание бывает двух видов:

1. Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)

Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).

Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания) это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. Надёжных методов, дающих высокую степень воспроизводимости, пока не разработано. Предложен весовой метод определения степени смачивания, но он пока не стандартизован.

Измерение степени смачивания весьма важно во многих отраслях промышленности ( лакокрасочная, фармацевтическая, косметическая и т.д.). К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений. Состав и физические свойства покрытия стёкол и контактных линз можно сделать оптимальным по результатам измерения контактного угла.

К примеру, популярный метод увеличения добычи нефти при помощи закачки воды в пласт исходит из того, что вода заполняет поры и выдавливает нефть. В случае мелких пор и чистой воды это далеко не так, поэтому приходится добавлять специальные ПАВ. Оценку смачиваемости горных пород при добавлении различных по составу растворов можно измерить различными приборами.

Капиллярные явления

Визуально легко определить, когда жидкость смачивает твёрдое тело, а когда – нет (демонстрирует кодограмму с выпуклым и вогнутым менисками). При смачивании мениск вогнутый, краевой угол острый. При несмачивании мениск выпуклый, а краевой угол тупой. Если жидкость смачивает капилляр, то благодаря действию сил поверхностного натяжения жидкость поднимается на высоту h относительно уровня жидкости в широком сосуде. В случае несмачивания она опускается на высоту h. Явления поднятия или опускания жидкости в капиллярах под действием сил поверхностного натяжения называются капиллярными явлениями. Эти явления обусловлены действием равнодействующей сил поверхностного натяжения, которая в случае смачивания направлена вверх, а в случае несмачивания – вниз.

Попробуем получить формулу для расчёта h. Результирующая сила поверхностного натяжения F_н должна уравновешиваться силой тяжести F_т столба жидкости в капилляре:

где – коэффициент поверхностного натяжения, r, d – радиус и диаметр капилляра соответственно, – плотность жидкости. H – высота поднятия (снижения жидкости в капиллярах)

Капиллярные явления можно наблюдать не только в трубках, но и в узких щелях. Если опустить в воду две стеклянные пластины так, чтобы между ними образовалась узкая щель, то вода между пластинами поднимется, и тем выше, чем ближе они расположены. Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Множество мельчайших капилляров имеется в растениях. В деревьях по капиллярам влага из почвы поднимается до вершин деревьев, где через листья испаряется в атмосферу. В почве имеются капилляры, которые тем уже, чем плотнее почва. Вода по этим капиллярам поднимается до поверхности и быстро испаряется, а земля становится сухой. Ранняя весенняя вспашка земли разрушает капилляры, т. е. сохраняет подпочвенную влагу и увеличивает урожай.

Роль в жизни человека

В технике капиллярные явления имеют огромное значение, например, в процессах сушки капиллярно-пористых тел и т. п. Большое значение капиллярные явления имеют в строительном деле. Например, чтобы кирпичная стена не сырела, между фундаментом дома и стеной делают прокладку из вещества, в котором нет капилляров. В бумажной промышленности приходится учитывать капиллярность при изготовлении различных сортов бумаги. Например, при изготовлении писчей бумаги ее пропитывают специальным составом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, в промокательной бумаге, в перьях для подачи чернил и т. п.

Роль в природе

Роль поверхностных явлений в природе разнообразна. Например, поверхностная плёнка воды является для многих организмов опорой при движении. Такая форма движения встречается у мелких насекомых и паукообразных. Наиболее известны водомерки, опирающиеся на воду только конечными члениками широко расставленных лапок. Лапка, покрытая воскообразным налётом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом перемещаются береговые пауки некоторых видов, но их лапки располагаются не параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней. Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабер, подвешиваются снизу к поверхностной плёнке воды с помощью не смачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Этим приёмом “пользуются” личинки комаров (в том числе и малярийных).

Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желёз, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключённый между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает запас плавучести, действуя подобно спасательному поясу.

Воскообразный налёт на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений. Наличием того же воскового налёта объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, стога сена и т.д. Большинство растительных и животных тканей пронизано громадным числом капиллярных сосудов. Именно в капиллярах происходят основные процессы, связанные с дыханием и питанием организма, вся сложнейшая химия жизни тесно связана с диффузионными явлениями. Стволы деревьев, ветви и стебли растений пронизаны огромным числом капиллярных трубочек, по которым питательные вещества поднимаются до самых верхних листочков. Корневая система растений оканчивается тончайшими нитями-капиллярами. И сама почва, источник питания для корня, может быть представлена как совокупность капиллярных трубочек, по которым в зависимости от структуры и обработки быстрее или медленнее поднимается к поверхности вода с растворёнными в ней веществами. Высота подъёма жидкости в капиллярах тем больше, чем меньше его диаметр. Отсюда ясно, что для сохранения влаги надо почву перекапывать, а для осушения – утрамбовывать.

Источник

Что такое смачивание физика

Выполнила: Тюрина Анастасия.

Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания)- это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. Мерой смачивания служит краевой угол θ — это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой (плоскостью поверхности твердого тела). Внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающей жидкости θ — острый, для несмачивающей θ — тупой. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

Опыты, подтверждающие существование явлений смачивания и несмачивания

Положите рядом стеариновую и стеклянную пластинки. Капните из пипетки на каждую из них по маленькой капле воды. На стеариновой пластинке получится полушарие диаметром примерно 3 миллиметра, а на стеклянной пластинке капля растечется. Теперь возьмите стеклянную пластинку и наклоните ее. Капля уже и так растеклась, а теперь она потечет дальше. Молекулы воды охотнее притягиваются к стеклу, чем друг к другу. Другая же капля будет кататься по стеарину при наклонах пластинки в разные стороны. Удержаться на стеарине вода не может, она его не смачивает, молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стеарина.

Несмачивание в природе.
Роль поверхностных явлений в природе разнообразна. Например, поверхностная плёнка воды является для многих организмов опорой при движении. Такая форма движения встречается у мелких насекомых и паукообразных. Наиболее известны водомерки, опирающиеся на воду только конечными члениками широко расставленных лапок. Лапка, покрытая воскообразным налётом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом перемещаются береговые пауки некоторых видов, но их лапки располагаются не параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней.

Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желёз, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключённый между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает запас плавучести, действуя подобно спасательному поясу.

Воскообразный налёт на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений. Наличием того же воскового налёта объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, стога сена и т.д.

Заключение
Таким образом, явления смачивания и несмачивания имеют важное значение в природе, промышленной технологии, быту. Хорошее смачивание необходимо при крашении и стирке, обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, пропитке волокнистых материалов, склеивании, пайке, амальгамировании и т. д. Снизить смачивание до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. В некоторых случаях, например при флотации и эмульгировании твёрдыми эмульгаторами, требуется сохранение краевых углов в определённом интервале значений. С. играет первостепенную роль в металлургических процессах, при диспергировании твёрдых тел в жидкой среде. Оно влияет на распространение грунтовых вод, увлажнение почв, разнообразные биологические и другие природные процессы.

Источник

Смачивание

Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют смачивающей; если силы притяжения жидкости и твердого тела меньше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют несмачивающей это тело.

Одна и та же жидкость может быть смачивающей и несмачивающей по отношению к разным телам. Так, вода смачивает стекло и не смачивает жирную поверхность, ртуть не смачивает стекло, а смачивает медь.

Смачивание или несмачивание жидкостью стенок сосуда, в котором она находится, влияет на форму свободной поверхности жидкости в сосуде. Если большое количество жидкости налито в сосуд, то форма ее поверхности определяется силой тяжести, которая обеспечивает плоскую и горизонтальную поверхность. Однако у самых стенок поверхность жидкости все-таки искривляется.

Рассмотрим молекулу жидкости у стенки сосуда (рис. 1). Пусть равнодействующая сил, действующих на эту молекулу со стороны твердого тела, — со стороны молекул жидкости. Сила перпендикулярна стенке, направлена под углом 45° к стенке. Для смачивающей жидкости (рис. 1, а) модули сил . Равнодействующая этих сил является силой молекулярного давления, приложенной к молекулам, и должна быть направлена в глубь жидкости перпендикулярно ее поверхности. Поэтому поверхность вблизи стенок не горизонтальна, а искривляется. Аналогично доказывается искривление у стенок свободной поверхности и для несмачивающей жидкости (рис. 1, б).

Мерой смачивания служит краевой угол — это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой (плоскостью поверхности твердого тела). Внутри краевого угла всегда находится жидкость (рис. 2, а, б). Для смачивающей жидкости угол — острый, для несмачивающей — тупой. При полном смачивании = 0, при полном несмачивании = 180°. Если смачивающая жидкость находится на открытой поверхности твердого тела (рис. 3, а), то происходит ее растекание по этой поверхности. Если на открытой поверхности твердого тела находится несмачивающая жидкость, то она принимает форму, близкую к шаровой (рис. 3, б).

Смачивание имеет важное значение как в быту, так и в промышленности. Хорошее смачивание необходимо при крашении, стирке, обработке фотоматериалов, нанесении лакокрасочных покрытий, при склеивании материалов, при пайке, во флотационных процессах (обогащение руд ценной породой).

И наоборот, при сооружении гидроизоляционных устройств необходимы материалы, не смачиваемые водой.

Источник

СМАЧИВАНИЕ

— процессы, происходящие при взаимодействии жидкостис поверхностью тв. тела или др. жидкости и проявляющиеся в растекании жидкостии формировании площади т. н. адгезионного контакта, возникновении менисковв капиллярных каналах, вытеснении одной жидкости другой, образовании капельжидкости на поверхности или пузырьков в жидкости, в проникновении жидкостив капиллярно-пористые тела. С.- следствие адгезии жидкости к определённойповерхности.

Положение капли жидкости на тв. поверхности определяется поверхностныминатяжениями жидкости , тв. тела и на границе его поверхности с поверхностью жидкости .В равновесных условиях (т. е. в отсутствие гравитации, капиллярного эффекта,

Полезное

Смотреть что такое «СМАЧИВАНИЕ» в других словарях:

смачивание — омачивание, увлажнение, замачивание, намачивание, мочение, пропитка, напитывание, мадефакция, обмачивание, пропитывание, промачивание, моченье, вымачивание Словарь русских синонимов. смачивание сущ., кол во синонимов: 16 • вымачивание … Словарь синонимов

Смачивание — – поверхностное явление, возникающее при контаке жидкости с твердым телом, играющее важную роль в пропитке пористых материалов и т. д. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

СМАЧИВАНИЕ — один из видов поверхностных (см.), возникающий при контакте твёрдой и жидкой фаз и состоящий в растекании жидкости с увеличением площади соприкосновения по твёрдой млн. жидкой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) Смачивание стенок… … Большая политехническая энциклопедия

СМАЧИВАНИЕ — СМАЧИВАНИЕ, поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом в присутствии третьей фазы, главным образом газа (пара). Проявляется в растекании жидкости по твердым поверхностям, пропитывании пористых тел и порошков.… … Современная энциклопедия

СМАЧИВАНИЕ — поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом. Проявляется в растекании жидкости по твердой поверхности, пропитывании пористых тел и порошков, образовании мениска … Большой Энциклопедический словарь

смачивание — СМОЧИТЬ, смочу, смочишь; смоченный; сов., кого что. Немного намочить. С. волосы. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

смачивание — [ГОСТ 28451 90] Тематики материалы лакокрасочные EN wetting DE Benetzung FR mouiller … Справочник технического переводчика

Смачивание — СМАЧИВАНИЕ, поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом в присутствии третьей фазы, главным образом газа (пара). Проявляется в растекании жидкости по твердым поверхностям, пропитывании пористых тел и порошков.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

СМАЧИВАНИЕ — проявление межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения трёх фаз твёрдого тела, жидкости и газа (или др. жидкости, не смешивающейся с первой), выражающееся в растекании жидкости по поверхности твёрдого тела. Жидкая поверхность… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Смачивание — [wetting] межмолекулярное взаимодействие на границе соприкосновения трех фаз: твердого тела, жидкости и газа. В силу смачивания жидкость растекается по твердой поверхности, контактируя с газом или другой жидкостью, пропитые, твердые пористые тела … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Что такое смачивание физика

Задачи урока:

— обучающие: углубление в явления смачивания и не смачивания а так же капиллярность жидкости, узнать сферу их применения;

— развивающие: развить у учащихся творческого мышления и речи;

Основные термины:

Смачивание – это поверхностное явление, которое заключается в взаимодействии поверхности твёрдого тела (другой жидкости) с жидкостью.

Угол смачивания (показывает степень смачивания) – это угол, который образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, которые ограничивают смачивающую жидкость, при этом всём вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз.

Капилляры – тонкие трубки (очень тонкие сосуды в организме человека и других животных).

Ход урока:

Проверка домашнего задания.

Дайте ответ на вопросы:

1. Где в домашних условиях можно наблюдать метод смачивания?

2. Что такое капилляры?

3. Где в природе можно наблюдать капиллярное явление?

4. Где в домашних условиях можно наблюдать не смачиваемый метод?

Смачивание и не смачивание.

Смачивание – это поверхностное явление, которое заключается в взаимодействии поверхности твёрдого тела (другой жидкости) с жидкостью.

— Иммерсионное – полностью вся поверхность твёрдого имеет контакт с жидкостью

— Контактное – три фазы: твёрдая, жидкая, газообразная.

Когда происходит контакт жидкости с твёрдым телом, то тогда существует такие возможности:

2. Когда молекулы жидкости слабее притягиваются друг к другу чем к молекулам твёрдого тела. Тогда жидкость пытается прижаться к поверхности и расплывается по ней. Например: ртуть (на цинковой пластине), вода (на чистом стекле или дереве). Это случай смачивания поверхности.

Рис.1. Вода на жирной поверхности.

На первом видео представлены методы смачивания и не смачивания

на втором представлено клин со ртутью и водой

Угол смачивания (показывает степень смачивания) – это угол, который образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, которые ограничивают смачивающую жидкость, при этом всём вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измерение происходит методом лежащей капли.

На рисунке 3 показана схема смачивания и не смачивания

Рис.3. Смачивание и не смачивание.

Явление капиллярности.

Поднимается жидкость при методе смачивания каналов жидкостями. Например: вода в стеклянной трубке, грунте, песке. Понижается жидкость при методе не смачивания жидкостью. Например: ртуть в трубке стеклянной. (Рисунок 5)

Капилляры – тонкие трубки (очень тонкие сосуды в организме человека и других животных).

На видео представлено капиллярное течение жидкости

Искривление поверхности приводит к появлению дополнительного капиллярного давления в жидкости Dp, величина которого связана со средней кривизной r поверхности уравнением Лапласа: Dp = p1 – p2 = 2s12/r, где (s12 – поверхностное натяжение на границе двух сред; p1 и p2 – давление в жидкости 1 и контактирующей с ней среде 2.

Области применения Смачивание может объяснить применение моющих средств, тот факт, почему руки, которые в масле или смазке легче смыть бензином, чем водой, а так же почему гуси выходят сухими их воды и др. Объяснение капиллярных явлений происходит в движении воды в растениях и капиллярах. А так же при обработке почвы. Например: сохранение влаги рыхлением и др., разрушая капилляры. А так же капиллярное явление может объяснить электрические и ядерные явления, позволяет выявлять трещины с раскрытием от 1 мкм, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

Выводы.

Мы живём в мире самых удивительных явлений природы. Их очень много. Мы сталкиваемся с ними каждый день, не задумываясь о сущности. Но человек как разумный феномен должен понимать суть этих явлений. Такие явления как смачивание и не смачивание, капиллярное явление очень широко распространены в технике и природе. Они незаменимы в повседневной жизни и в решении научно-технических задач. Эти знания дают нам ответы на многие вопросы. Например, почему капля является в свободном полете или почему планеты и звёзды имеют шарообразную форму, одни твёрдые тела хорошо смачиваются жидкостью, а другие нет. Почему капиллярные явления могут всасывать питательные элементы, влагу из почвы корней растений, или почему кровообращение в животных организмах основано на капиллярном явлении и т. д.

Контролирующий блок:

1. Что такое капилляр?

2. Как распознать смачивание и не смачивание?

3. Приведите пример смачивания.

4. Что такое капиллярное явление?

5. Приведите пример не смачивания.

Домашнее задание.

1. Поместите капли воды и масла на стеклянную, алюминиевую, медную, парафиновую пластины.

2. Зарисуйте формы капель.

3. Рассмотрите капли и сделайте выводы о взаимосвязи молекул твёрдого тела и жидкости.

4. Эти результаты заносите в таблицу.

5. Добавьте с помощью шприца в смесь воды и спарта немного оливкого масла.

6. Пропустите через центр масляного шара проволоку и вращайте её.

7. Обратите внимание как изменяется форма капли.

8. Сделайте выводы о форме поверхности жидкости.

Интересно знать, что.

Плёнка воды, которая находится на поверхности, является для многих организмов при движении, опорой. Она наблюдается у мелких насекомых и паукообразных. Самые известные нам водомерки, которые опираются на воду только конечными члениками широко расставленных лапок. Лапка которая покрыта воскообразным налётом, не смачивается водой. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, и образовывают небольшие углубления. (рисунок 6) Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желёз. Это объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, который находится между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает запас плавучести.

Рис.4. Пример насекомых которые плавают на поверхности воды.

Список литературы:

1. Урок на тему «Смачивание. Капиллярность» Брус О.И., учитель физики, Вольнянская ООШ №1.

2. Урок на тему «Смачивание и не смачивание. Капиллярность» Тарасов Л.В., учитель физики Московская ООШ

3. Маринов А.О., Кузнецов К.И., «Физика и природа», М.,2002 г.

Отредактировано и выслано Борисенко И.Н.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.

Источник