Номер 4, страница 126 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

4. Какое явление называют смачиванием? Что такое капиллярные явления?

Какое явление называют смачиванием?
Смачивание — это явление, возникающее на границе соприкосновения жидкости с поверхностью твердого тела (или другой жидкости). Оно характеризует способность жидкости растекаться по поверхности или, наоборот, собираться в капли.
Это явление определяется балансом между силами межмолекулярного взаимодействия:
1. Силы сцепления (когезии) — силы притяжения между молекулами самой жидкости.
2. Силы прилипания (адгезии) — силы притяжения между молекулами жидкости и молекулами твердого тела.
В зависимости от соотношения этих сил возможны два случая:
- Если силы прилипания молекул жидкости к твердому телу больше сил сцепления между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность. В этом случае жидкость стремится растечься по поверхности. Примером может служить вода на чистом стекле.
- Если силы сцепления между молекулами жидкости преобладают над силами прилипания к твердому телу, то происходит несмачивание. Жидкость собирается в каплю, минимизируя площадь контакта с поверхностью. Примеры: ртуть на стекле, вода на жирной или вощеной поверхности.
Количественной мерой смачивания является краевой угол (или угол смачивания) $\theta$. Это угол, образованный касательной к поверхности жидкости в точке контакта трех фаз (твердое тело, жидкость, газ) и поверхностью твердого тела.
- Для смачивающих жидкостей краевой угол является острым: $0^\circ \le \theta < 90^\circ$.
- Для несмачивающих жидкостей краевой угол является тупым: $90^\circ < \theta \le 180^\circ$.

Ответ: Смачивание — это явление взаимодействия жидкости с твердой поверхностью, которое определяется соотношением сил притяжения между молекулами жидкости (когезия) и сил притяжения между молекулами жидкости и твердого тела (адгезия). Если силы прилипания больше сил сцепления, жидкость растекается по поверхности (смачивает), если силы сцепления больше сил прилипания — собирается в капли (несмачивает).

Что такое капиллярные явления?
Капиллярные явления — это физические явления, связанные с изменением уровня жидкости в узких трубках, называемых капиллярами (от лат. capillaris — волосяной), а также в пористых телах и узких щелях.
Причиной капиллярных явлений является совместное действие сил поверхностного натяжения жидкости и ее способности смачивать или не смачивать стенки капилляра.
- В случае смачивающей жидкости (например, вода в стеклянной трубке), силы прилипания заставляют жидкость "подтягиваться" вверх по стенкам. Поверхность жидкости (мениск) приобретает вогнутую форму. Силы поверхностного натяжения, действующие по периметру контакта, создают результирующую силу, направленную вверх. Эта сила поднимает столб жидкости до тех пор, пока ее вес не уравновесится. Давление под вогнутым мениском (добавочное давление Лапласа) оказывается ниже, чем давление в жидкости на том же уровне вне капилляра.
- В случае несмачивающей жидкости (например, ртуть в стеклянной трубке), силы сцепления внутри жидкости сильнее сил прилипания. Жидкость отталкивается от стенок, и ее уровень в капилляре опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Мениск имеет выпуклую форму. Силы поверхностного натяжения создают силу, направленную вниз, которая опускает столб жидкости. Давление под выпуклым мениском оказывается выше.
Высота подъема (или глубина опускания) жидкости в капилляре описывается законом Жюрена:
$h = \frac{2\sigma\cos\theta}{\rho g r}$
где $h$ — высота столба жидкости, $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости, $\theta$ — краевой угол смачивания, $\rho$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, $r$ — радиус капилляра. Из формулы видно, что высота подъема обратно пропорциональна радиусу капилляра (чем уже трубка, тем выше поднимется жидкость).
Примеры капиллярных явлений в природе и технике: подъем питательных растворов по стеблям растений, впитывание жидкости салфеткой, губкой или тканью, движение грунтовых вод, работа фитиля в керосиновой лампе или свече.

Ответ: Капиллярные явления — это подъем или опускание жидкости в узких трубках (капиллярах) и пористых телах под действием сил поверхностного натяжения на границе жидкости с твердым телом. Эти явления возникают как следствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра.