درس حول موضوع "التوتر السطحي". كيفية قياس التوتر السطحي ما هو التوتر السطحي

تم تحديث المقالة: 12/29/2019

يعد التوتر السطحي للماء أحد أكثر خصائص الماء إثارة للاهتمام.

أمثلة على التوتر السطحي للماء

من أجل فهم أفضل للتوتر السطحي للماء ، إليك بعض مظاهره في الحياة الواقعية:

• عندما نرى الماء يتساقط من طرف صنبور بدلاً من سكبه ، فهذا هو التوتر السطحي للماء ؛
• عندما تأخذ قطرة مطر أثناء الطيران شكلاً مستديرًا وممدودًا قليلاً ، فهذا هو التوتر السطحي للماء ؛
• عندما يأخذ الماء على سطح مقاوم للماء شكلاً كرويًا ، فهذا هو التوتر السطحي للماء ؛
• التموجات التي تحدث عندما تهب الرياح على سطح المسطحات المائية هي أيضًا مظهر من مظاهر التوتر السطحي للماء ؛
• يأخذ الماء في الفضاء شكلًا كرويًا بسبب التوتر السطحي ؛
• تبقى حشرة متزلج الماء على سطح الماء بفضل خاصية الماء هذه ؛
• إذا تم وضع إبرة بعناية على سطح الماء ، فسوف تطفو ؛
• إذا تم سكب السوائل ذات الكثافة والألوان المختلفة بالتناوب في كوب ، فسنرى أنها لا تختلط ؛
• فقاعات الصابون المتقزحة اللون هي أيضًا مظهر رائع للتوتر السطحي.

التوتر السطحي - بعض التعاريف الدقيقة

موسوعة طبية كبيرة

التوتر السطحي (P. n.) هو قوة الجذب التي يعمل بها كل جزء من الفيلم السطحي (السطح الحر لسائل أو أي واجهة بين مرحلتين) على الأجزاء المجاورة من السطح. الضغط الداخلي و P. n. تتصرف الطبقة السطحية للسائل مثل غشاء مرن ممتد. وفقًا للفكرة التي وضعها تشاب. arr. لابلاس (لابلاس) ، هذه الخاصية للأسطح السائلة تعتمد على "قوى الجذب الجزيئية ، التي تتناقص بسرعة مع المسافة. داخل سائل متجانس ، تكون القوى المؤثرة على كل جزيء من الجزيئات المحيطة به متوازنة بشكل متبادل. ولكن بالقرب من السطح ، يتم توجيه ناتج قوى الجذب الجزيئي إلى الداخل ؛ تميل إلى جذب جزيئات السطح إلى الجزء الأكبر من السائل. نتيجة لذلك ، فإن الطبقة السطحية بأكملها ، مثل الفيلم المرن الممتد ، تمارس ضغطًا كبيرًا جدًا على الكتلة الداخلية للسائل في الاتجاه الطبيعي للسطح. وفقًا للحسابات ، فإن هذا "الضغط الداخلي" ، الذي تقع تحته كتلة السائل بالكامل ، يصل إلى عدة آلاف من الغلاف الجوي. يزداد على سطح محدب وينخفض ​​على سطح مقعر. بحكم ميل الطاقة الحرة إلى الحد الأدنى ، يميل أي سائل إلى أن يتخذ شكلاً يكون لسطحه - موقع تأثير القوى السطحية - أقل قيمة ممكنة. كلما زاد حجم سطح السائل ، زادت المساحة التي يشغلها فيلمه السطحي ، زادت كمية الطاقة السطحية الحرة المنبعثة أثناء تقلصه. يسمى التوتر الذي يعمل به كل جزء من الفيلم السطحي المتقلص على الأجزاء المجاورة (في الاتجاه الموازي للسطح الحر) بتوتر التوتر. على عكس التوتر المرن لجسم مشدود مرن ، P. n. لا تضعف لأن الفيلم السطحي مضغوط. … التوتر السطحي يساوي العمل الذي يجب القيام به لزيادة السطح الحر للسائل بمقدار واحد. ص. لوحظ عند حدود سائل مع غاز (مع بخاره أيضًا) ، مع سائل آخر غير قابل للامتزاج ، أو بجسم صلب. بالطريقة نفسها ، يحتوي الجسم الصلب على P. n. في واجهة الغازات والسوائل. على عكس P. n. ، يكون للسائل المقطوع (أو الجسم الصلب) سطحه الحر ، المتاخم لوسط غازي ، توتر على الحدود الداخلية لمرحلتين سائلتين (أو سائلة وصلبة) ، فمن الملائم تعيين مصطلح خاص المعتمد في الأدب الألماني ، مصطلح "توتر الحدود" (Grenzflachenspannung). إذا تم إذابة مادة في السائل ، فإن ذلك يقلل من نسبة P. n. ، ثم تقل الطاقة الحرة ليس فقط عن طريق تقليل حجم السطح الحدودي ، ولكن أيضًا من خلال الامتصاص: يتم جمع مادة نشطة السطح (أو نشطة الشعيرات الدموية) بتركيز متزايد في الطبقة السطحية ...
…

موسوعة طبية كبيرة. 1970

يمكن تلخيص كل ما سبق بهذه الطريقة - تنجذب الجزيئات الموجودة على سطح أي سائل ، بما في ذلك الماء ، بواسطة بقية الجزيئات داخل السائل ، مما يؤدي إلى نشوء التوتر السطحي. نؤكد أن هذا فهم مبسط لهذه الخاصية.

معامل التوتر السطحي - التعريف

القاموس التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيك

معامل التوتر السطحي - الكثافة الخطية لقوة التوتر السطحي على سطح سائل أو عند السطح البيني بين سائلين غير قابلين للامتزاج.

القاموس التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيك. بقلم: ف.بوتاكوف ، إ. فاجراديانتس. 2014

أدناه نعطي قيم معامل التوتر السطحي (C.T.S.) للسوائل المختلفة عند درجة حرارة 20 درجة مئوية:

• K. p. n. الأسيتون - 0.0233 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. بنزين - 0.0289 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. ماء مقطر - 0.0727 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. الجلسرين - 0.0657 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. الكيروسين - 0.0289 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. الزئبق - 0.4650 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. كحول إيثيل - 0.0223 نيوتن / متر ؛
• K. p. n. الأثير - 0.0171 نيوتن / متر.

معاملات التوتر السطحي للماء

يعتمد معامل التوتر السطحي على درجة حرارة السائل. نقدم قيمها في درجات حرارة المياه المختلفة.

مفهوم التوتر السطحي

التوتر السطحيتسمى الخاصية الديناميكية الحرارية للواجهة ، والتي تُعرَّف على أنها عمل التكوين الحراري القابل للانعكاس لوحدة مساحة هذا السطح. بالنسبة للسائل ، يعتبر التوتر السطحي بمثابة قوة تعمل لكل وحدة طول من محيط السطح وتميل إلى تقليل السطح إلى الحد الأدنى لأحجام طور معينة.

الزيت عبارة عن نظام مشتت للزيت يتكون من مرحلة مشتتة ووسط تشتت.

يحتوي سطح جسيم الطور المشتت (على سبيل المثال ، زميل من الأسفلتين ، وكرة مائية ، وما إلى ذلك) على بعض الطاقة السطحية الحرة الزائدة و س، بما يتناسب مع مساحة الواجهة س:

قيمة σ يمكن اعتبارها ليس فقط طاقة سطحية محددة ، ولكن أيضًا كقوة مطبقة على طول وحدة من الكفاف الذي يحد من السطح ، وموجهة على طول هذا السطح بشكل عمودي على الكفاف وتميل إلى تقليص هذا السطح أو تصغيره. هذه القوة تسمى التوتر السطحي.

يمكن تصور عمل التوتر السطحي كمجموعة من القوى التي تسحب حواف السطح إلى المركز.

يعكس طول كل سهم في المتجه حجم التوتر السطحي ، وتتوافق المسافة بينهما مع الوحدة المقبولة لطول محيط السطح. كبعد من أبعاد الكمية σ كلاهما [J / m 2] = 10 3 [erg / cm 2] و [N / m] = 10 3 [dyne / cm] مستخدمان بشكل متساوٍ.

نتيجة لتأثير قوى التوتر السطحي ، يميل السائل إلى تقليل سطحه ، وإذا كان تأثير جاذبية الأرض ضئيلًا ، يتخذ السائل شكل كرة ذات سطح أدنى لكل وحدة حجم.

يختلف التوتر السطحي باختلاف مجموعات الهيدروكربونات - الحد الأقصى للعطرية والأدنى للبارافيني. مع زيادة الوزن الجزيئي للهيدروكربونات ، فإنه يزداد.

تمتلك معظم المركبات غير المتجانسة ، ذات الخصائص القطبية ، توترًا سطحيًا أقل من الهيدروكربونات. هذا مهم للغاية ، لأن وجودهم يلعب دورًا مهمًا في تكوين مستحلبات الماء والنفط والغاز والنفط وفي العمليات اللاحقة لتدمير هذه المستحلبات.

العوامل التي تؤثر على التوتر السطحي

يعتمد التوتر السطحي بشكل أساسي على درجة الحرارة والضغط ، وكذلك على التركيب الكيميائي للسائل والمرحلة الملامسة له (الغاز أو الماء).

مع زيادة درجة الحرارة ، ينخفض ​​التوتر السطحي وعند درجة الحرارة الحرجة يكون صفرًا. مع زيادة الضغط ، ينخفض ​​أيضًا التوتر السطحي في نظام الغاز والسائل.

يمكن إيجاد التوتر السطحي للمنتجات البترولية عن طريق الحساب باستخدام المعادلة:

إعادة الحساب σ من درجة حرارة واحدة T0إلى آخر تييمكن إجراؤها حسب النسبة:

قيم التوتر السطحي لبعض المواد.

تسمى المواد التي تقلل إضافتها إلى السائل من توترها السطحي السطحي(التوتر السطحي).

يعتمد التوتر السطحي للنفط والمنتجات النفطية على كمية المكونات النشطة السطحية الموجودة فيها (المواد الراتنجية ، والأحماض العضوية النافثينية وغيرها).

المنتجات البترولية ذات المحتوى المنخفض من المكونات النشطة السطحية لها أعلى قيمة للتوتر السطحي عند الحدود مع الماء ، ذات المحتوى العالي - الأصغر.

المنتجات البترولية المكررة جيدًا لها توتر سطحي مرتفع عند الواجهة مع الماء.

يتم تفسير الانخفاض في التوتر السطحي من خلال امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي في الواجهة. مع زيادة تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي المضافة ، يتناقص التوتر السطحي للسائل أولاً بسرعة ثم يستقر ، مما يشير إلى التشبع الكامل للطبقة السطحية بجزيئات الفاعل بالسطح. المواد الخافضة للتوتر السطحي الطبيعية التي تغير التوتر السطحي للزيوت والمنتجات البترولية بشكل كبير هي الكحوليات والفينولات والراتنجات والأسفلتين والأحماض العضوية المختلفة.

ترتبط ظواهر الترطيب والشعيرات الدموية بالقوى السطحية عند السطح البيني بين المرحلتين الصلبة والسائلة ، والتي تستند إليها عمليات هجرة النفط في الخزانات ، وصعود الكيروسين والزيت على طول فتائل المصابيح والمزيتات ، إلخ.

التحديد التجريبي للتوتر السطحي

يتم استخدام طرق مختلفة لتحديد التوتر السطحي للزيوت والمنتجات البترولية بشكل تجريبي.

تعتمد الطريقة الأولى (أ) على قياس القوة المطلوبة لفصل الحلقة عن السطح البيني بين مرحلتين. هذه القوة تتناسب مع ضعف قوة محيط الحلقة. باستخدام الطريقة الشعرية (ب) ، يتم قياس ارتفاع ارتفاع السائل في الأنبوب الشعري. عيبه هو اعتماد ارتفاع ارتفاع السائل ليس فقط على حجم التوتر السطحي ، ولكن أيضًا على طبيعة ترطيب جدران الشعيرات الدموية بواسطة السائل قيد الدراسة. الاختلاف الأكثر دقة لطريقة الشعيرات الدموية هو طريقة الإسقاط المعلق (ج) ، والتي تعتمد على قياس كتلة قطرة السائل المنفصلة عن الشعيرات الدموية. تتأثر نتائج القياس بكثافة السائل وحجم القطرة ولا تتأثر بزاوية ترطيب السائل على السطح الصلب. تتيح هذه الطريقة تحديد التوتر السطحي في أوعية الضغط.

الطريقة الأكثر شيوعًا وملاءمة لقياس التوتر السطحي هي طريقة الضغط الأعلى للفقاعات أو القطرات (r) ، والتي تفسر بساطة التصميم والدقة العالية واستقلالية التحديد عن الترطيب.

تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أنه عندما يتم ضغط فقاعة هواء أو قطرة سائل من أنبوب شعري ضيق إلى سائل آخر ، فإن التوتر السطحي σ عند حدود السائل الذي يتم إطلاق القطرة فيه ، بما يتناسب مع أكبر ضغط ضروري لبثق الانخفاض.

السائل هو حالة إجمالية للمادة ، وسيط بين الغازية والصلبة ، وبالتالي فهو يمتلك خصائص المواد الغازية والصلبة. السوائل ، مثل المواد الصلبة ، لها حجم معين ، ومثل الغازات ، فإنها تأخذ شكل الوعاء الذي توجد فيه. لا ترتبط جزيئات الغاز عمليًا بقوى التفاعل بين الجزيئات. في هذه الحالة ، يكون متوسط ​​الطاقة للحركة الحرارية لجزيئات الغاز أكبر بكثير من متوسط ​​الطاقة الكامنة بسبب قوى التجاذب بينها ، فتتبدد جزيئات الغاز في اتجاهات مختلفة ، ويشغل الغاز الحجم الكامل المقدم له. .

في الأجسام الصلبة والسائلة ، تكون قوى الجذب بين الجزيئات مهمة بالفعل وتبقي الجزيئات على مسافة معينة من بعضها البعض. في هذه الحالة ، يكون متوسط ​​الطاقة للحركة الحرارية الفوضوية للجزيئات أقل من متوسط ​​الطاقة الكامنة بسبب قوى التفاعل بين الجزيئات ، ولا يكفي التغلب على قوى التجاذب بين الجزيئات ، لذلك فإن المواد الصلبة والسوائل لها تأثير معين. الصوت.

أظهر تحليل حيود الأشعة السينية للسوائل أن طبيعة ترتيب الجزيئات السائلة هي وسيطة بين الغاز والمادة الصلبة. في الغازات ، تتحرك الجزيئات بشكل عشوائي ، لذلك لا يوجد نمط في ترتيبها المتبادل. بالنسبة للمواد الصلبة ، فإن ما يسمى ب طلب بعيد المدىفي ترتيب الجسيمات ، أي ترتيبها المنظم ، تتكرر على مسافات طويلة. في السوائل ، ما يسمى ب ترتيب قصير المدىفي ترتيب الجسيمات ، أي ترتيبهم المرتب ، يتكرر على مسافات مماثلة لتلك بين الذرات.

لم يتم تطوير نظرية السوائل بشكل كامل حتى الآن. تفسر الحركة الحرارية في سائل ما بحقيقة أن كل جزيء يتأرجح لبعض الوقت حول موضع توازن معين ، وبعد ذلك يقفز إلى موضع جديد ، وهو على مسافة من ترتيب المسافة بين الذرات من الأول. وهكذا ، فإن جزيئات السائل تتحرك ببطء شديد في جميع أنحاء كتلة السائل ، ويحدث الانتشار بشكل أبطأ بكثير مما يحدث في الغازات. مع زيادة درجة حرارة السائل ، يزداد تواتر الحركة التذبذبية بشكل حاد ، وتزداد حركة الجزيئات ، وهذا هو سبب انخفاض لزوجة السائل.

تعمل قوى الجذب على كل جزيء من السائل من جانب الجزيئات المحيطة ، وتتناقص بسرعة مع المسافة ، لذلك ، بدءًا من مسافة دنيا معينة ، يمكن إهمال قوى الجذب بين الجزيئات. هذه المسافة (حوالي 10-9 م) تسمى نصف قطر العمل الجزيئي ص , ودائرة نصف قطرها ص-مجال العمل الجزيئي.

حدد جزيء داخل السائل لكنوارسم دائرة نصف قطرها حولها ص(الشكل 10.1). يكفي ، وفقًا للتعريف ، أن يؤخذ في الاعتبار التأثير على جزيء معين فقط لتلك الجزيئات الموجودة داخل الكرة

الشكل 10.1. العمل الجزيئي. القوى التي تعمل بها هذه الجزيئات على الجزيء لكن،يتم توجيهها في اتجاهات مختلفة ، وفي المتوسط ​​، يتم تعويضها ، وبالتالي فإن القوة الناتجة التي تعمل على جزيء داخل السائل من جزيئات أخرى تساوي صفرًا. يختلف الوضع إذا كان الجزيء ، على سبيل المثال الجزيء في،تقع على مسافة من السطح ص.في هذه الحالة ، يقع مجال العمل الجزيئي جزئيًا فقط داخل السائل. نظرًا لأن تركيز الجزيئات في الغاز الموجود فوق السائل صغير مقارنة بتركيزها في السائل ، فإن القوة الناتجة F، المطبق على كل جزيء من الطبقة السطحية ، لا يساوي الصفر ويتم توجيهه داخل السائل. وهكذا ، فإن القوى الناتجة من جميع جزيئات الطبقة السطحية تمارس ضغطًا على السائل ، يسمى جزيئي(أو داخلي).لا يعمل الضغط الجزيئي على جسم موضوع في سائل ، لأنه ناتج عن قوى تعمل فقط بين جزيئات السائل نفسه.

الطاقة الكلية للجسيمات السائلة هي مجموع طاقة حركتها الحرارية الفوضوية والطاقة الكامنة بسبب قوى التفاعل بين الجزيئات. لنقل جزيء من عمق السائل إلى الطبقة السطحية ، يجب بذل جهد. يتم هذا العمل على حساب الطاقة الحركية للجزيئات ويذهب لزيادة طاقتها الكامنة. لذلك ، فإن جزيئات الطبقة السطحية للسائل لها طاقة كامنة أكبر من الجزيئات الموجودة داخل السائل. تسمى هذه الطاقة الإضافية التي تمتلكها الجزيئات في الطبقة السطحية للسائل الطاقة السطحية ،يتناسب مع مساحة الطبقة Δ س:

Δ دبليو=σ Δ س,(10.1)

أين σ - معامل التوتر السطحي، التي تُعرف بأنها كثافة الطاقة السطحية.

نظرًا لأن حالة التوازن تتميز بحد أدنى من الطاقة الكامنة ، فإن السائل ، في حالة عدم وجود قوى خارجية ، سيأخذ شكلًا يكون له حد أدنى من السطح بالنسبة لحجم معين ، أي شكل الكرة. من خلال مراقبة أصغر القطرات المعلقة في الهواء ، يمكننا أن نرى أنها في الحقيقة لها شكل كرات ، ولكنها مشوهة إلى حد ما بسبب تأثير قوى الجاذبية. في ظل ظروف انعدام الوزن ، يكون لقطرة أي سائل (بغض النظر عن حجمه) شكل كروي ، والذي تم إثباته تجريبياً على مركبة فضائية.

لذا ، فإن شرط التوازن المستقر للسائل هو الحد الأدنى من الطاقة السطحية. هذا يعني أن السائل لحجم معين يجب أن يكون له أصغر مساحة سطح ، أي يميل السائل إلى تقليل مساحة السطح الحرة. في هذه الحالة ، يمكن تشبيه الطبقة السطحية للسائل بفيلم مرن ممتد تعمل فيه قوى التوتر.

ضع في اعتبارك سطح سائل محاط بكفاف مغلق. تحت تأثير قوى التوتر السطحي (يتم توجيهها عرضيًا إلى سطح السائل وعموديًا على جزء المحيط الذي تعمل عليه) ، يتقلص سطح السائل ويتحرك الكفاف المدروس. تقوم القوات التي تعمل من المنطقة المحددة إلى المناطق المجاورة بالعمل:

Δ أ = وΔ لΔ x,

أين و = F /Δ ل -قوة التوتر السطحي، تعمل لكل وحدة طول من محيط سطح السائل. يمكن ملاحظة أن Δ لΔ x= Δ س, أولئك.

Δ أ = f∆S.

يتم هذا العمل عن طريق تقليل الطاقة السطحية ، أي

Δ Α =Δ دبليو.

من مقارنة التعبيرات ، يمكن ملاحظة ذلك

أي أن معامل التوتر السطحي σ يساوي قوة التوتر السطحي لكل وحدة طول من الكفاف الذي يحد السطح. وحدة التوتر السطحي هي نيوتن لكل متر (N / m) أو جول لكل متر مربع (J / m2). معظم السوائل عند درجة حرارة 300 كلفن لها توتر سطحي في حدود 10-2-10-1 نيوتن / م. يتناقص التوتر السطحي مع زيادة درجة الحرارة ، حيث يزداد متوسط ​​المسافات بين الجزيئات السائلة.

التوتر السطحي يعتمد بشكل أساسي على الشوائب الموجودة في السوائل , تسمى السوائل التي تقلل التوتر السطحي المواد النشطة السطح (السطحي).يعتبر الصابون من أشهر العوامل الخافضة للتوتر السطحي للمياه. يقلل بشكل كبير من التوتر السطحي (من حوالي 7.5 10 -2 يصل إلى 4.5 10 -2 N / م). المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تقلل من التوتر السطحي للماء هي أيضًا الكحوليات ، والإيثرات ، والزيت ، إلخ.

هناك مواد (سكر ، ملح) تزيد من التوتر السطحي للسائل بسبب حقيقة أن جزيئاتها تتفاعل مع جزيئات السائل بقوة أكبر من تفاعل جزيئات السائل مع بعضها البعض.

في البناء ، تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي لإعداد الحلول المستخدمة في معالجة الأجزاء والهياكل التي تعمل في ظروف جوية معاكسة (الرطوبة العالية ، درجات الحرارة المرتفعة ، التعرض للإشعاع الشمسي ، إلخ).

ظاهرة ترطيب

من المعروف من الممارسة أن قطرة ماء تنتشر على الزجاج وتأخذ الشكل الموضح في الشكل 10.2 ، بينما يتحول الزئبق الموجود على نفس السطح إلى قطرة مسطحة إلى حد ما. في الحالة الأولى ، يقال أن السائل يبللسطح صلب ، في الثانية - لا تبلللها. يعتمد الترطيب على طبيعة القوى المؤثرة بين جزيئات الطبقات السطحية للوسائط المتلامسة. بالنسبة لسائل مبلل ، تكون قوى الجذب بين جزيئات السائل والصلب أكبر من تلك الموجودة بين جزيئات السائل نفسه ، ويميل السائل إلى الزيادة

سطح التلامس مع جسم صلب. بالنسبة للسائل غير المبلل ، تكون قوى الجذب بين جزيئات السائل والصلب أقل من تلك الموجودة بين جزيئات السائل ، ويميل السائل إلى تقليل سطح ملامسته للمادة الصلبة.

يتم تطبيق ثلاث قوى توتر سطحي على خط التلامس لثلاث وسائط (النقطة 0 هي تقاطعها مع مستوى الرسم) ، والتي يتم توجيهها بشكل عرضي إلى سطح التلامس للوسائط المقابلة. هذه القوى ، لكل وحدة طول لخط التلامس ، تساوي التوترات السطحية المقابلة σ 12 , σ 13 , σ 23 . ركن θ بين الظلال على سطح السائل والصلب يسمى زاوية الحافة.شرط توازن السقوط هو المساواة مع صفر لمجموع إسقاطات قوى التوتر السطحي على اتجاه الظل على سطح المادة الصلبة ، أي

–σ 13 + σ 12 + σ 23 كوس θ =0 (10.2)

كوس θ =(σ 13 - σ 12)/σ 23 . (10.3)

ويترتب على الحالة أن زاوية التلامس يمكن أن تكون حادة أو منفرجة حسب القيم σ 13 و σ 12. اذا كان σ 13 >σ 12 ، ثم cos θ > 0 وزاوية θ حاد ، أي سائل يبلل سطح صلب. اذا كان σ 13 <σ 12 ، ثم cos θ <0 и угол θ – غير حاد ، أي السائل لا يبلل السطح الصلب.

زاوية الاتصال تفي بشرط (10.3) إذا

(σ 13 - σ 12)/σ 23 ≤1.

إذا لم يتم استيفاء الشرط ، ثم قطرة السائل لأي قيم θ لا يمكن أن يكون في حالة توازن. اذا كان σ 13 >σ 12 +σ 23 ، ثم ينتشر السائل على سطح المادة الصلبة ، ويغطيه بغشاء رقيق (على سبيل المثال ، الكيروسين على سطح الزجاج) ، - لدينا ترطيب كامل(في هذه الحالة θ =0).

اذا كان σ 12 >σ 13 +σ 23 ، ثم يتقلص السائل إلى قطرة كروية ، في حدود نقطة اتصال واحدة فقط معه (على سبيل المثال ، قطرة ماء على سطح البارافين) ، - لدينا عدم ترطيب كامل(في هذه الحالة θ =π).

ترطيب وعدم ترطيب مفاهيم نسبية ، أي السائل الذي يبلل سطحًا صلبًا لا يبلل سطحًا آخر. على سبيل المثال ، يبلل الماء الزجاج ولكنه لا يبلل البارافين ؛ الزئبق لا يبلل الزجاج ، لكنه يبلل الأسطح المعدنية النظيفة.

ظاهرة التبول وعدم التبول لها أهمية كبيرة في التكنولوجيا. على سبيل المثال ، في طريقة التعويم ، تخصيب الخام (فصل الركاز عن نفايات الصخور) ، يتم رج الخام المسحوق ناعماً في سائل يبلل صخور النفايات ولا يبلل الركاز. يتم نفخ الهواء خلال هذا الخليط ، ثم يستقر. في نفس الوقت ، جزيئات الصخور المبللة بالسائل تغرق في القاع ، وحبيبات المعادن "تلتصق" بفقاعات الهواء وتطفو على سطح السائل. عند معالجة المعادن بالقطع ، يتم ترطيبها بسوائل خاصة ، مما يسهل ويسرع معالجة السطح.

في البناء ، تعتبر ظاهرة الترطيب مهمة لإعداد المخاليط السائلة (معاجين ، معاجين ، ملاط ​​لوضع الطوب وتحضير الخرسانة). من الضروري أن تبلل هذه المخاليط السائلة أسطح هياكل المباني التي يتم تطبيقها عليها جيدًا. عند اختيار مكونات الخليط ، لا تؤخذ فقط زوايا التلامس لأزواج سطح الخليط في الاعتبار ، ولكن أيضًا خصائص السطح النشطة للمكونات السائلة.

ترى مظاهره كلما شاهدت الماء يتساقط ببطء من الصنبور. يخرج فيلم من الماء من الصنبور ويبدأ بالتمدد ، مثل غلاف مطاطي رفيع ، تحت وزن السائل الموجود فيه. هذا الفيلم ، الملتصق بفتحة الصنبور ، يطول تدريجياً حتى يصبح وزنه فجأة أكبر من اللازم. ومع ذلك ، لا ينكسر الفيلم ، حيث قد ينكسر القاطع إذا تم تحميله بشكل زائد. بدلاً من ذلك ، "ينزلق" من عصعص الصنبور ويشكل ، كما لو كان يحتضن كمية صغيرة من الماء ، قطرة تتساقط بحرية. مما لا شك فيه ، لقد لاحظت أكثر من مرة أن القطرات المتساقطة تأخذ شكلًا كرويًا تقريبًا. إذا لم تكن هناك قوى خارجية ، فستكون كروية بشكل صارم. ما تراقبه هو أحد مظاهر القدرة غير العادية للماء على "الانكماش" ، أو "الانضغاط الذاتي" ، أو بعبارة أخرى ، قدرته على التماسك (التماسك). قطرة ماء تتساقط من صنبور تتقلص إلى كرة صغيرة ، ومن بين جميع الأجسام الهندسية الممكنة ، تمتلك الكرة أصغر مساحة سطحية لحجم معين.

بسبب الالتصاق ، يتشكل التوتر على سطح الماء ، ومن أجل كسر سطح الماء ، فإن القوة الفيزيائية مطلوبة ، والغريب ، كثيرًا جدًا. يمكن لسطح الماء غير المضطرب أن يحمل أشياء "أثقل" بكثير من الماء ، مثل إبرة فولاذية أو شفرة حلاقة ، أو بعض الحشرات التي تنزلق عبر الماء كما لو أنها ليست سائلة ، ولكنها جسم صلب.

من بين جميع السوائل باستثناء الزئبق ، يكون للماء أعلى توتر سطحي.

داخل السائل ، يكون جاذبية الجزيئات متوازنة. لكن ليس على السطح. تسحب جزيئات الماء الموجودة على عمق أكبر الجزيئات الموجودة في الأعلى. لذلك ، فإن قطرة ماء ، إذا جاز التعبير ، تميل إلى الانكماش قدر الإمكان. يتم سحبها معًا بواسطة قوى التوتر السطحي.

قام الفيزيائيون بحساب الوزن الذي يجب تعليقه بالضبط من عمود الماء بسمك ثلاثة سنتيمترات من أجل كسره. سيحتاج الوزن إلى وزن ضخم - أكثر من مائة طن! ولكن هذا عندما تكون المياه نظيفة بشكل استثنائي. لا توجد مثل هذه المياه في الطبيعة. هناك دائما شيء ما فيه. دع القليل على الأقل ، لكن المواد الغريبة تكسر الروابط في السلسلة القوية لجزيئات الماء ، وتنخفض قوى التماسك بينها.

إذا تم وضع قطرات من الزئبق على لوح زجاجي ، وقطرات ماء على لوح بارافين ، فإن القطرات الصغيرة جدًا ستأخذ شكل كرة ، بينما ستتسطح القطرات الأكبر قليلاً بفعل الجاذبية.

تفسر هذه الظاهرة بحقيقة أنه بين الزئبق والزجاج ، وكذلك بين البارافين والماء ، تنشأ قوى جذب (التصاق) أصغر من تلك الموجودة بين الجزيئات نفسها (التماسك). عندما يتلامس الماء مع الزجاج النظيف والزئبق بلوحة معدنية ، نلاحظ توزيعًا موحدًا تقريبًا لكلتا المادتين على الألواح ، نظرًا لأن قوى الجذب بين جزيئات الماء والزجاج والمعادن وجزيئات الزئبق أكبر من التجاذب بينهما جزيئات فردية من الماء والزئبق. تسمى هذه الظاهرة ، عندما يتوزع السائل بالتساوي على سطح مادة صلبة ، بالترطيب. وهذا يعني أن الماء يبلل الزجاج النظيف ، لكنه لا يبلل البارافين. يمكن أن تشير القابلية للبلل في حالة معينة إلى درجة تلوث السطح. على سبيل المثال ، على صفيحة مغسولة جيدًا (خزف ، خزف) ، ينتشر الماء في طبقة متساوية ، في دورق مغسول جيدًا ، يتم تغطية الجدران بالتساوي بالماء ، ولكن إذا كان الماء على السطح يتخذ شكل قطرات ، فهذا يشير إلى أن سطح الطبق مغطى بطبقة رقيقة من مادة لا تبلل بالماء ، وغالبًا ما تكون دهنية.