Номер 2, страница 273 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях. Параграф 7.8. Примеры решения задач. Вопросы - номер 2, страница 273.

Условие.

2. Подготовьте доклад «Смачивание: значение в промышленности, быту, природе».

Решение.

Смачивание — это явление взаимодействия жидкости с поверхностью твёрдого тела, приводящее к растеканию жидкости. Степень смачивания определяется соотношением сил молекулярного притяжения между частицами жидкости (когезия) и сил притяжения между частицами жидкости и твёрдого тела (адгезия). Если силы адгезии преобладают над силами когезии, жидкость смачивает поверхность. Если наоборот — не смачивает.

Количественной мерой смачивания служит краевой угол $ \theta $ (угол смачивания), который образуется между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности жидкости в точке контакта. Этот угол описывается уравнением Юнга: $ \cos\theta = \frac{\sigma_{тг} - \sigma_{тж}}{\sigma_{жг}} $ где $ \sigma_{тг} $ — поверхностное натяжение на границе «твёрдое тело — газ», $ \sigma_{тж} $ — на границе «твёрдое тело — жидкость», а $ \sigma_{жг} $ — на границе «жидкость — газ».

При $ \theta < 90^\circ $ говорят о смачивании, при $ \theta > 90^\circ $ — о несмачивании. Полное смачивание происходит при $ \theta = 0^\circ $, а полное несмачивание — при $ \theta = 180^\circ $.

Значение в промышленности

Явление смачивания играет ключевую роль во многих технологических процессах. Например, в обогащении полезных ископаемых методом флотации. Этот метод основан на избирательном смачивании: частицы ценного минерала делают несмачиваемыми, и пузырьки воздуха поднимают их на поверхность в виде пены, а пустая порода оседает на дно.

В нанесении покрытий, таких как краска, лак или клей, хорошее смачивание обеспечивает равномерное распределение и прочное сцепление с основой. Аналогично, при пайке и сварке расплавленный припой должен хорошо смачивать соединяемые металлические поверхности для образования надёжного шва, для чего применяют флюсы.

В текстильной промышленности процессы крашения и пропитки материалов (например, для придания водоотталкивающих свойств) напрямую зависят от смачивания волокон.

В сельском хозяйстве для повышения эффективности опрыскивания растений в растворы пестицидов добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые улучшают смачивание листьев.

Ответ: В промышленности смачивание используется для разделения веществ (флотация), создания защитных и декоративных покрытий, соединения деталей (пайка, склейка), обработки материалов (крашение) и в сельском хозяйстве для повышения эффективности агрохимикатов.

Значение в быту

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с использованием явления смачивания. В процессе стирки и мытья моющие средства (мыло, стиральные порошки), содержащие ПАВ, улучшают смачивающую способность воды, что позволяет ей эффективно удалять загрязнения.

Создание водоотталкивающих материалов для зонтов, плащей и обуви основано на придании им свойства несмачиваемости. Капли воды просто скатываются с такой поверхности.

При письме и рисовании чернила должны хорошо смачивать бумагу, чтобы оставлять чёткий след. Посуда с антипригарным покрытием (например, тефлоновым) очень плохо смачивается жирами, что предотвращает пригорание пищи.

Ответ: В быту управление смачиванием позволяет эффективно стирать и мыть, создавать водонепроницаемую одежду и обувь, пользоваться письменными принадлежностями и готовить пищу на посуде с антипригарным покрытием.

Значение в природе

Смачивание является фундаментальным процессом для многих природных явлений. Так, питание растений, то есть подъем воды от корней к листьям по капиллярам, происходит благодаря полному смачиванию стенок капилляров водой.

Знаменитый «эффект лотоса» — способность листьев к самоочищению — основан на их крайне плохом смачивании водой (супергидрофобности). Капли воды скатываются с листа, унося с собой частицы грязи.

В животном мире водоплавающие птицы делают свои перья несмачиваемыми с помощью жирового секрета, что позволяет им оставаться сухими. Насекомые-водомерки передвигаются по поверхности воды благодаря несмачиваемым лапкам.

Способность почвы впитывать и удерживать влагу, что критически важно для плодородия, также определяется смачиванием её частиц водой.

Ответ: В природе смачивание обеспечивает транспорт воды в растениях, механизмы самоочищения (эффект лотоса), способность животных жить в водной среде или на её поверхности, а также влагоёмкость почвы.