2капилярные явления 2020. Стивен хокинг
 Скачать 2.56 Mb.
|
СТИВЕН ХОКИНГТот факт, что мы, люди, представляющие собой лишь набор физических частиц, смогли прийти к пониманию законов, которые управляют нами и нашей Вселенной, - это великий триумф.Но на Планете появятся другие вызовы, другие серьёзные вопросы Как прокормить постоянно растущее население? Как обеспечить всех чистой водой? Как получить возобновляемую энергию? Как лечить и предотвращать болезни? Как замедлить процесс глобального потепления? Придётся искать ответы. А для этого потребуются образованные и компетентные молодые люди. Будьте отважны, пытливы, решительны, преодолевайте трудности и всё получится. Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов Гельвеций Дисперсность системы (D) – важный параметр, влияющий на свойства системыМерой раздробленности вещества может служить егоудельная поверхностьD = 1/l l l l l где К = 6, 4, 2 К = 6 К = 4 К = 2 Дисперсность системы влияет на физические и химические свойства вещества.
Размерные эффекты связаны
Тпл ,К диаметр частиц, нм 0 5 10 15 Особые свойства поверхностного слоя. Поверхностное натяжение.Молекулы поверхностного слоя находятся в нескомпенсированном силовом поле и поэтому обладают большей энергией, чем молекулы в объёме фаз.определение
Обозначение: σ12 ; σж/гРазмерность: Дж/м2; мДж/м22. Поверхностное натяжение на границе двух фаз - это работа, которую нужно совершить в обратимых и изотермических условиях, чтобы получить 1 см2(1м2) поверхности раздела фаз.На дробление затрачивается работа A S см2 (S+1)см2 3.Поверхностное натяжение на границе двух фаз – это сила, действующая на 1см линии, разделяющей фазы, со стороны молекул, находящихся в объёме, и направленная в глубину фазы.Силы поверхностного натяжения на границе ж/г натягивают нитку, привязанную к проволочному колечку.Силы поверхностного натяжения удерживают металлические предметы на поверхности жидкости.Зависимость поверхностного натяжения некоторых жидкостей от температурыС увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и становится нулем при увеличении температуры до критической. Наиболее известная зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша (англ.).α = 0,1мН/м*К где Vm- молярный объем жидкости; K- постоянная; Tкр- критическая температура. Правило Этвёша
σ (Vm)2/3 = K(Tкр –T) Факторы, влияющие на поверхностное натяжение жидкостей
(поверхностное натяжение очень малых капель меньше, чем поверхностное натяжение более крупных объектов)радиус 1-10нанометров Правило Антонова σ1|2 = σ1|газ - σ2|газ 1 2 σ1|газ σ2|газ 1 2 σ1|2 Поверхностное натяжение (в мН/м) для некоторых жидкостей при 250С
Поверхностное натяжение на границе фазопределение σ1 I 2 как избыточной энергии как работы как силы чем сильнее молекулы притягиваются – тем больше поверхностное натяжение СмачиваниеКраевой угол смачиванияЧем меньше краевой угол смачивания, тем лучше жидкость смачивает поверхность.σтIг σжIг σтIж доказательство 2-ого закона Лапласа θ θ ограниченное смачивание полное смачивание θ = 0 2-ой закон ЛапласаСмачивание идеализированной поверхности: гладкой, плоской, химически однородной, жёсткой(недеформируемой)σТ/Ж σЖ/Г σТ/Г Условие полного смачивания Измерение краевого угла смачивания методом сидячей каплиДозированная капля жидкости наносится на горизонтальную твёрдую пластинку и помещается в термостатированную камеру. Угол смачивания измеряется гониометром – микроскопом, окуляр которого имеет угловую шкалу. Смачиваемость реальных поверхностей
Эффект лотоса
Хуже всех известных материалов водой смачивается тефлон: краевой угол смачивания = 1100! поведение капли на шероховатой поверхности отличается от её поведения на гладкой поверхности из того же материала нанотрава Омнифобные покрытия и материалы Нанотрава делает поверхность несмачиваемой и чистой Новые материалы
Гаррет Маккинли из Массачусетского технологического института и его коллеги создали сверхтонкую сеть хитро переплетённых полимерных волокон, которую можно будет нанести на любую поверхность, сделав её несмачиваемой для любой жидкости. Учёные определили зависимость механических свойств поверхности от четырёх геометрических параметров, определяющих периодичность элементов с входящими углами, их размеры, сами углы и высоту текстуры. Только при их правильной комбинации получающаяся текстура оказывается способной устойчиво отталкивать жидкости, прекрасно смачивающие ровную поверхность того же материала. Отработав свою методику создания омнифобных поверхностей на обычных кремниевых пластинах, структурированных стандартными методами микроэлектроники, учёные создали самое интересное – покрытия, которые можно нанести на практически любой материал, смачиваемость которого нужно свести к минимуму. Омнифобные покрытия и материалы Гаррет Маккинли из Массачусетского технологического института и его коллеги создали сверхтонкую сеть хитро переплетённых полимерных волокон, которую можно будет нанести на любую поверхность, сделав её несмачиваемой для любой жидкости. Когезия это взаимодействия внутри фазы
1см2 1см2 Аког Аког= 2σт/г Адгезия (прилипание) фаз
жидкость твёрдое тело твёрдое тело жидкость газ σЖ/Г+ σТ/Г σТ/Ж Аадг Аадг = σЖ/Г + σТ/Г – σТ/Ж Оценить работу адгезии жидкости к твёрдому телу. Уравнение Дюпре - ЮнгаWА = σж/г (1 + cosθ)
При отделении пузырьков газа от твёрдой поверхности избыточная энергия на фазовой границе т/г заменяется избыточной энергией на границах т/ж и ж/г. WА( стекла к пузырьку) = σж/г (1 - cosθ) Флотация гидрофобных частицФлотация гидрофобных частиц Капиллярное давление. 1–ый закон ЛапласаДавление в системе с вогнутой стороны (Р2) больше, чем с выпуклой стороны (Р1); Разность внутренних давлений (∆Р = Р2 – Р1) называют капиллярным давлением. уравнение капиллярной конденсации Кельвина (Томпсона) Изотермическая конденсация Конденсация в порах уравнение капиллярного поднятия Жюрена Уравнение Дюпре – Юнга WА = σж/г (1 + cosθ) WА(стекла к пузырьку) = σж/г (1 - cosθ) Формула Жюрена
Капиллярные явления. Капиллярное поднятие жидкости, смачивающей стенки (вода в стеклянном сосуде и капилляре). r r R Давление насыщенного пара над каплей (или над любой другой выпуклой жидкой поверхностью) больше, чем над плоской жидкой поверхностью.Р0 - давление насыщенного пара над плоской поверхностью P > P0 P > P0 P < P0 P < P0 Давление пара над вогнутой поверхностью меньше, чем над плоской КОНЕЦСамопроизвольные процессы, протекающие в поверхностном слое при постоянной температуре и неизменном объёме слоя(T,V =const)должны уменьшать избыточную поверхностную энергию.Fизб. = σ1|2 ∙ S1|2 Чем объяснить особые свойства дисперсных систем?
Fизб. = σ1|2 ∙ S1|2 |