POVRCHOVÁ SÍLA KAPALIN

Povrchové napětí kapalin Síla F ležící na povrchu kapaliny se nazývá povrchová síla. Povrchové napětí je definováno jako: podíl velikosti povrchové síly F a délky l okraje povrchové blány, na který povrchová síla působí kolmo v povrchu kapaliny.

Povrchové napětí kapalin Povrchové napětí kapaliny je vůči prostředí skalární veličina, kterou vyjadřujeme pružnou vlastnost kapaliny. Povrchové napětí závisí na druhu kapaliny a na prostředí nad volným povrchem kapaliny. S rostoucí teplotou povrchové napětí klesá. Při styku kapaliny se stěnou se uplatňuje nejen vzájemné působení mezi molekulami kapaliny, ale i částicemi stěny nádoby a částicemi plynů nad volným povrchem.

Styk kapalin s stěnou nádoby Mohou nastat tři případy: Kapalina smáčí stěnu (a) – povrch je dutý u stěny nádoby, protože síla F směřuje z kapaliny, např. voda či líh v čisté skleněné nádobě, rtuť v nádobě měděné. Kapalina nesmáčí stěnu (b) – povrch je vypouklý u stěny, protože síla F směřuje do kapaliny, např. rtuť v čisté skleněné nádobě, voda v mastné sklenici. Povrch kapaliny je rovný, síla F je rovnoběžná se stěnou.

Styk kapaliny se stěnou Úhel υ se nazývá stykový úhel – svírá povrch kapaliny s tělesem. Mohou nastat tři případy: υ = 0 – kapalina dokonale smáčí stěnu (a), υ = π – pro dokonale nesmáčející kapaliny (b), 0 < υ < ½ π nebo ½ π < υ < π – skutečné kapaliny (c). Zakřivení povrchu kapaliny u sklenice vody (a) a rtuti (b)

Kapilární tlak Zakřivení povrchu při stěnách nádoby, v kapilárách či u kapek nebo bublin, je způsobeno vznikem přídavného tlaku, který je způsobený pružností povrchové vrstvy. Nazývá se kapilární tlak. Pod vypouklým povrchem je vnitřní tlak ve srovnání s vodorovným povrchem větší o kapilární tlak. Pod dutým povrchem je vnitřní tlak ve srovnání s vodorovným povrchem naopak menší o kapilární tlak.

Má-li volný povrch kapaliny tvar kulového vrchlíku, resp Má-li volný povrch kapaliny tvar kulového vrchlíku, resp. koule, je kapilární tlak pk dán vztahem: kde σ je povrchové napětí kapaliny a R poloměr kulového povrchu. U tenké kulové bubliny se dvěma povrchy, např. mýdlové bubliny o poloměru R, je kapilární tlak pk dán vztahem:

Kapilární elevace a deprese Kapilára je úzká trubička s poloměrem 1 mm. Na obr. a) je kapalina ideálně smáčející a na obr. b) je kapalina ideálně nesmáčející.

Zvýšení volné hladiny kapaliny v kapiláře se nazývá kapilární elevace. Pro výšku h platí vtah: kde σ je povrchové napětí, ρ je hustota kapaliny a g je tíhové zrychlení. Zvýšení volné hladiny kapaliny v kapiláře se nazývá kapilární elevace. Kapilární elevace je založena na přítomnosti kapilárního tlaku v kapalině, který je pod vzniklým dutým povrchem menší než pod rovným povrchem kapaliny v nádobě. Snížení volné kapaliny v kapiláře se nazývá kapilární deprese. Kapilární deprese vznikne tím, že pro vytvoření rovnovážného stavu je kapaliny stlačená do hloubky h, aby došlo ke kompenzaci chybějícího kapilárního tlaku.

Oba jevy – kapilární depresi a elevaci, nazýváme jako kapilaritu. Vzlínavost – je jev, při kterém vystupuje voda z hloubky země tenkými kapilárami na povrch půdy a vypařuje se. Kapilární elevace se využívá např. pro nasávání petroleje do knotů do petrolejových či lihových svítidel.