Какие явления можно наблюдать на границе жидкости с твёрдым телом?

На границе жидкости с твёрдым телом можно наблюдать несколько важных явлений, связанных с взаимодействием молекул жидкости, твёрдого тела и окружающей среды.

Прежде всего это смачивание и несмачивание. Если молекулы жидкости сильнее притягиваются к молекулам твёрдого тела, чем друг к другу, жидкость растекается по поверхности. Такое явление называют смачиванием. Например, вода обычно смачивает чистое стекло: капля расплывается, а поверхность становится покрытой тонкой плёнкой воды. Если же притяжение между молекулами самой жидкости сильнее, чем притяжение к твёрдому телу, жидкость стремится собраться в каплю. Это несмачивание. Пример — капли ртути на стекле или капли воды на жирной поверхности.

С этим связано появление краевого угла, то есть угла между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности жидкости у линии соприкосновения. По величине этого угла судят о том, насколько хорошо жидкость смачивает поверхность. Если угол маленький, жидкость хорошо смачивает твёрдое тело. Если угол большой, смачивание слабое или жидкость вообще почти не смачивает поверхность.

Ещё одно явление — искривление свободной поверхности жидкости у стенки сосуда. У стенок жидкость может подниматься или опускаться относительно общего уровня. Например, вода в стеклянном сосуде у стенок немного поднимается, поэтому её поверхность становится вогнутой. Ртуть, наоборот, у стеклянной стенки опускается, и её поверхность становится выпуклой. Такая искривлённая поверхность называется мениском.

На границе жидкости и твёрдого тела также наблюдаются капиллярные явления. Они особенно заметны в узких трубках, порах, щелях или между близко расположенными твёрдыми поверхностями. Если жидкость смачивает стенки, она поднимается по капилляру выше обычного уровня. Так вода поднимается в тонких стеклянных трубках, в почве, в тканях растений, в бумаге. Если жидкость не смачивает стенки, она, наоборот, опускается в капилляре ниже уровня жидкости снаружи.

Причина всех этих явлений заключается в действии молекулярных сил. Молекулы жидкости притягиваются друг к другу силами когезии, а к молекулам твёрдого тела — силами адгезии. Если адгезия преобладает, жидкость смачивает твёрдое тело. Если сильнее когезия, жидкость не смачивает поверхность.

Также на границе жидкости с твёрдым телом может проявляться поверхностное натяжение. Оно стремится уменьшить площадь свободной поверхности жидкости. Именно поэтому капли принимают округлую форму, а жидкость на плохо смачиваемой поверхности собирается в отдельные капли.

Таким образом, на границе жидкости с твёрдым телом можно наблюдать смачивание, несмачивание, образование краевого угла, появление мениска, капиллярный подъём или понижение жидкости, а также эффекты, связанные с поверхностным натяжением. Все эти явления объясняются взаимодействием молекул жидкости между собой и с молекулами твёрдого тела.