а профілю гіперболічна, а висота hс обуреної області порядку а /? e, (де а - атомний розмір). б - Заряджена поверхню підкладки змочується солоною водою (радіус екранування kD - 1).
Основна ідея Юнга полягала в тому, що в рівновазі енергія не повинна мінятися при довільних зсувах dx положення лінії контакту. При такому зсуві: а) об'ємна енергія не змінюється (так як тиск рідини і пара однакові); б) енергія перехідної зони залишається колишньою - зона переміщається як ціле; в) площі далеких поверхонь (на одиницю довжини лінії) збільшуються відповідно на dx (для S / V),-dx (для S / L), і-dx cos? е (для L / V).
Звідси випливає співвідношення, зване рівнянням Юнга:
(1.1)
Рівняння (1.1) показує, що кут? е повністю визначається термодинамічними параметрами: вимірювання дають інформацію про поверхневому натягу. Зазвичай з незалежних вимірювань відомо значення? lv? ?. Таким чином, залишається два невідомих? sz,? sv і всього лише одна вимірювана величина? е. Однак, для експериментів, що проводяться з рідинами, істотна лише різницю
1.2 Практичне визначення рівноважного крайового кута? е
Крайової кут? e може бути отриманий:
а) безпосередньо по фотографії,
б) в результаті відображення (або заломлення) променів рідкої призмою, показаної на рис. 4,
в) із застосуванням інтерферометричних методів, особливо при малих? е,
д) з підняття стовпа рідини в тонкому капілярі (рис. 4)
Рис. 4. Підняття рідини в капілярі.
У тонкому капілярі меніск має сферичну форму радіуса R=R1/cos 0е.
Капілярний тиск Юнга - Лапласа урівноважене гидростатической складової pgh (p - різниця густин рідини і пара, g - прискорення вільного падіння). Таким чином, вимір h дозволяє визначити? .
У реальних експериментах основна трудність полягає в тому, щоб уникнути можливого зачеплення лінії трифазного контакту за дефекти твердої поверхні. Подібне зачеплення призводить до гістерезису крайових кутів, що може істотно ускладнити однозначне визначення? е. Очевидно, що уникнути ефекту зачеплення можна, використовуючи гладкі і хімічно однорідні поверхні підкладки, однак, питання полягає в тому, який ступінь гладкості потрібно для того, щоб неоднозначність у визначенні? е виявилася менше заздалегідь певної межі? ? .
1.3 Повний змочування і розтікання
Рівняння (1.1) визначає cos? e як функцію поверхневого натягу. В окремому випадку, коли
маємо cos? е=1 або? е=0, тобто поверхню твердої підкладки повністю змочується рідиною. На перший погляд, подібна ситуація видається винятковою. Насправді це не так, оскільки в стані термодинамічної рівноваги? sl +? ніколи не може бути більше, ніж? sv. Якби це співвідношення порушилося, питому вільну енергію поверхні тверде тіло / пара (? Sv) можна було б знизити, створивши на поверхні підкладки рідку плівку макроскопічної товщини з енергією? sl +? . У такому випадку рівноважні тверді тіло і пар розділяє рідка плівка і справжнє значення? sv стає рівним? sl +?, що й означає повне змочування.
З іншого б...
