Явления на границе раздела двух жидкостей

Когда жидкость соприкасается с какой-либо конденсированной средой, т. е. с другой жидкостью или твердым телом, присутствие молекул другого вещества в пространстве у поверхности первой жидкости изменяет силу, которая действовала на каждую молекулу этой жидкости в приповерхностном слое. Это происходит потому, что молекулы соприкасающейся с жидкостью конденсированной среды взаимодействуют с молекулами в приповерхностном слое рассматриваемой жидкости. Если это взаимодействие является притяжением, то в результате средняя сила, действующая на молекулу в приповерхностном слое жидкости уменьшается. При этом уменьшается поверхностная энергия жидкости и сила поверхностного натяжения, т. е. коэффициент поверхностного натяжения <712 на поверхности соприкосновения жидкости 7 с такой конденсированной средой 2 меньше, чем коэффициент поверхностного натяжения (Т на границе раздела между этой же жидкостью и некоторым газом:

Когда молекулы конденсированной среды отталкивают молекулы рассматриваемой жидкости 7, поверхностное натяжение <�г₁₂ на поверхности соприкосновения жидкости с этой средой будет больше, чем на поверхности соприкосновения жидкости с газом:

Рис. 8.3. К условию равновесия на границе двух жидкостей.

Если на горизонтальную поверхность жидкости 2 вылить небольшое количество более легкой жидкости 7, которая не смешивается с жидкостью 2, то в зависимости от значений коэффициентов <�т, <�т₂ и 2 поверхностного натяжения на границах раздела между жидкостями и воздухом жидкость 7 будет вести себя различным образом. В некоторых случаях она принимает форму сплюснутой капли, которая плавает, частично погруженная в жидкость 2 (рис. 8.3). Поверхности S и Si₂, ограничивающие жидкость 7 сверху и снизу, соприкасаются друг с другом вдоль окружности /, которая лежит на поверхности S₂ жидкости 2. Молекулы на каждой из этих поверхностей тянут контур / в свою сторону. На рис.

8.3 изображены силы dF, dF2 и dF2 натяжения поверхностей Si, S? и S12 соответственно, которые действуют на элемент контура / длины dl. Этот элемент контура расположен перпендикулярно к плоскости чертежа. Углы 0 и образуемые векторами dF и dF2 с горизонтальной плоскостью, называются краевыми углами.

Значения краевых углов можно найти из условия равновесия.

где вектор dF± представляет сумму сил, направленных вертикально. Эта сумма включает в себя силу тяжести. Согласно формуле (8.8) модули векторов dF, dF2 и dF2 сил, действующих на участке контура / длиной dl, равны.

С учетом этих соотношений векторное равенство (8.9), записанное в проекциях на горизонтальную (вдоль вектора di^) и вертикальную координатные оси, приводит к следующим уравнениям для краевых углов.

Первое из этих уравнений имеет решение только в том случае, когда.

В противном случае сила dF2 будет так велика, что условие (8.9) не будет выполнятся и равновесие будет невозможно. В этом случае жидкость 1 растечется тонким слоем по поверхности жидкости 2.