ому, що злиття бульбашок супроводжує розширення газу.
4. Газова бульбашка біля кордону між рідинами
Газовий пухирець, що проходить через кордон між рідинами, - учасник багатьох дуже важливих технологічних процесів. Ось приклад такого процесу. Для того щоб виплавляється метал був високоякісним, ретельно перемішаним, крізь рідкий розплав пропускають бульбашки газу. Виробляють, як кажуть металурги, барботаж розплаву. У вигляді бульбашок газ проходить і крізь шар металу, і крізь шар знаходиться на ньому рідкого шлаку. А між шарами - кордон, і бульбашки газу повинні її подолати. Для металургів дуже важливо знати закономірності цього процесу.
Спочатку спробуємо уявити собі долю газового бульбашки радіуса R , розташованого в нижній рідини поблизу кордону між нижньою і верхньою рідинами. Для полегшення нашої задачі спростимо її і припустимо, що щільності рідин однакові і рівні і, отже, що виштовхує сила від сорту рідини не залежить. Припустимо спочатку, що кордон між рідинами залишається плоскою, коли бульбашка намагається пройти крізь неї. Рідини відрізняються коефіцієнтами поверхневого натягу і, а межа між ними характеризується коефіцієнтом поверхневого натягу.
Газовий пухирець або пройде крізь кордон, або затримається кордоном і залишиться на ній.
Доля газового бульбашки визначиться спільною дією трьох сил. Перерахуємо і оцінимо ці сили. Одна з них - виштовхуюча сила - обумовлена ​​зменшенням потенційної енергії спливаючого бульбашки. Друга сила обумовлена ​​тим, що проходженню бульбашки крізь кордон супроводжує зникнення частини поверхні кордону і, отже, зменшення енергії системи на значення твору площі цієї поверхні на. Третя сила визначається тим, що при русі бульбашки через кордон змінюється співвідношення між площами поверхні бульбашки, де коефіцієнти поверхневого натягу і різні. При цьому, зрозуміло, змінюється поверхнева енергія, пов'язана з усією поверхнею бульбашки.
Для того щоб оцінити ці сили, ми поступимо таким чином: розташуємо міхур на кордоні так, щоб його вершина відстояла від кордону на відстань h (див рис. 3). Потім змістимо бульбашка вгору на відстань і обчислимо що відбувається при цьому зміна всіх трьох згадуваних доданків енергії, пов'язаних з бульбашкою на кордоні. Згадавши, що зміна енергії дорівнює взятому з оберненим знаком добутку діючої сили на шлях (в даному випадку), легко знайдемо цікавлять нас сили. А потім, склавши всі три сили, знайдемо ту, яка і визначає долю бульбашки.
В
Малюнок 3 Схема плоскої межі між рідинами, В«пробиватиВ» спливаючим бульбашкою
Зменшення потенційної енергії бульбашки при його зміщенні на одно
і, отже,
В
Це - перша сила.
Зменшення граничної енергії, пов'язане зі зникненням частини кордону, визначиться формулою
.
Зміна цієї величини при переході від h до (у припущенні, що) одно і, отже,
В ...
