A2020C — Поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления: ответ и решение

Общее условие

Смачивание

При соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости возникает явление смачивания.

Если из пипетки капнуть воду на различные поверхности, то можно наблюдать, как вода растекается по чистому стеклу или дереву,
но собирается в капли на парафине или «жирной» поверхности.

Степень смачивания характеризуется величиной краевого угла смачивания (θ), образованного поверхностью твёрдого тела с касательной, проведённой к поверхности жидкости из точки её соприкосновения с поверхностью (рисунок 1).

Рисунок из условия ФИПИ

Рисунок 1

Если величина краевого угла меньше или равна 90° (угол острый), то происходит смачивание жидкостью твёрдой поверхности. Если величина краевого угла больше 90°(угол тупой), то твёрдая поверхность не смачивается жидкостью.

Из-за смачивания наблюдается искривление свободной поверхности жидкости в сосудах по линии соприкосновения с поверхностью сосуда (рисунок 2).

Рисунок из условия ФИПИ

Рисунок 2

Значения краевого угла смачивания θ для некоторых сочетаний «жидкость – твёрдое вещество» приведены в таблице.

Жидкость	Твёрдое вещество	Краевой угол смачивания θ, градусы
Вода	стекло	2
Вода	парафин	107
Ртуть	стекло	140

Задание №1. Дайте развернутый ответ.

Решение задания OGEPHYSA2020C

Ответ: В сосуде 1.

Определяем жидкость по форме её свободной поверхности у стеклянной стенки. Здесь важен мениск, а не цвет заливки на рисунке и не высота уровня: одинаковые сосуды могли наполнить разными количествами жидкости.
По первичной таблице для пары «ртуть — стекло» краевой угол равен 140°. Поскольку 140° > 90°, ртуть не смачивает стекло. Около стенок её поверхность опускается относительно средней части, образуя выпуклый мениск.
Для пары «вода — стекло» угол равен 2°, меньше 90°. Вода смачивает стекло и поднимается у его стенок, поэтому её поверхность имеет вогнутый мениск.
На исходном рисунке в сосуде 1 поверхность выпуклая: у стенок она ниже середины. В сосуде 2 края поверхности, наоборот, приподняты у стенок. Следовательно, ртуть находится в сосуде 1, вода — в сосуде 2.
Проверка: сопоставляем оба признака последовательно — угол из таблицы определяет смачивание, а смачивание определяет форму мениска. Для ртути получаем тупой угол, отсутствие смачивания и выпуклую поверхность, что совпадает с сосудом 1. Указанный в таблице угол 107° для воды и парафина к стеклянным сосудам этого опыта не относится.

Поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления: схема решения задания OGEPHYSA2020C — Обозначения: Исходный рисунок ФИПИ и пояснения к решению.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании OGEPHYSA2020C.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

КЭС:	2 ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Тип ответа:	Развернутый ответ

Задание OGEPHYSA2020C: Поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления

Общее условие

Решение задания OGEPHYSA2020C

Помочь улучшить сайт

Комментарии к решению