Номер 3, страница 253 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 76. Смачивание и несмачивание. Капилляры. Глава 12. Жидкости и твердые тела - номер 3, страница 253.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Смачивание или несмачивание поверхности твёрдого тела жидкостью определяется соотношением сил межмолекулярного взаимодействия. Различают два вида сил: силы сцепления (когезии), действующие между молекулами самой жидкости, и силы прилипания (адгезии), действующие между молекулами жидкости и молекулами твёрдого тела.

Явление несмачивания наблюдается, когда силы сцепления внутри жидкости преобладают над силами прилипания к твёрдой поверхности. В этом случае жидкость стремится минимизировать площадь контакта с поверхностью и собирается в капли, образуя с поверхностью краевой угол $\theta > 90°$. Чтобы добиться такого эффекта, необходимо ослабить силы адгезии. Сделать это можно несколькими способами.

Первый и самый распространённый способ — это нанести на поверхность тонкий слой вещества, которое данная жидкость смачивает плохо. Если речь идёт о воде, то используются гидрофобные (водоотталкивающие) вещества. Классическими примерами являются жиры, масла, воск или парафин. Простой бытовой эксперимент — натереть поверхность стекла свечой, после чего капли воды перестанут растекаться по нему и будут легко скатываться. В промышленности для этих целей используют специальные полимерные составы, например, на основе силикона или тефлона, создавая водоотталкивающие и антипригарные покрытия.

Второй способ, тесно связанный с первым, — это изменение чистоты поверхности. Часто поверхность, которая в чистом виде хорошо смачивается (например, чистое стекло водой), становится несмачиваемой после загрязнения. Даже тончайший, невидимый глазу слой жира (например, от прикосновения пальцем) может кардинально изменить свойства смачивания.

Третий способ — это изменение физической структуры (рельефа) поверхности, а не её химического состава. Создание на поверхности упорядоченной микро- или наноструктуры (определённой шероховатости) может привести к так называемому «эффекту лотоса». В этом случае капля жидкости контактирует лишь с вершинами микровыступов, а в углублениях под ней остаётся воздух. Фактически капля лежит на «воздушной подушке», что минимизирует её контакт с твёрдым телом и силы прилипания. Это приводит к явлению супергидрофобности, когда краевой угол $\theta$ становится очень большим (более $150°$), и капли буквально отскакивают от поверхности.

Ответ: Чтобы жидкость не смачивала поверхность твёрдого тела, можно либо покрыть её тонким слоем несмачиваемого вещества (например, жиром, парафином или специальным полимером для отталкивания воды), либо создать на поверхности особую микроскопическую шероховатость, которая будет удерживать под каплей жидкости воздушную прослойку, минимизируя контакт.