В каком случае жидкость смачивает поверхность твердого тело

Кратко: жидкость смачивает поверхность твердого тела тогда, когда адгезионные силы между жидкостью и поверхностью достаточно велики по сравнению с когезийными силами внутри самой жидкости. Это выражается через контактный угол θ между жидкостью и поверхностью: чем меньше θ, тем сильнее смачивание.

Подробно (шаги и понятия):

1. Что такое смачивание

• Смачивание означает, что жидкость расползается по поверхности вместо того, чтобы образовывать отдельные капли.
• Визуально это соответствует малому контактному углу θ между жидкостью и поверхностью (измеряют внутри жидкости).

2. Контактный угол и закон Юнга

• Контактный угол θ связан с тремя поверхностными энергиями: γSV (поверхностное натяжение твердого тела над паром), γSL (поверхностное натяжение твердо-жидкого), γLV (поверхностное натяжение жидкость–пар).
• Закон Юнга: γSV = γSL + γLV cos θ.
• Если θ < 90°, cos θ > 0, жидкость смачивает поверхность (частичное смачивание).
• При θ близком к 0° наблюдают полное смачиваение (жидкость растекается по всей поверхности).

3. Альтернативная форма Criteria (смачивание через spreading parameter)

• Spreading parameter S = γSV − γSL − γLV.
• Если S > 0 — полное смачивание (поверхность полностью отделяется в пользу жидкостной пленки).
• Если S < 0 — частичное смачивание (образуется капля, θ > 0° и обычно < 180°).
• Если S = 0 — нейтральное смачивание.

4. Какие значения удобнее помнить

• Умение оценивать по θ:
  • θ < 90°: жидкость смачивает поверхность частично (или полностью, если θ очень мал).
  • θ > 90°: поверхность не смачивается хорошо (капля держится в виде шара или прилично выпирает).
  • θ ≈ 0°: полное смачивание.
• Примеры:
  • Вода на чистом стекле обычно имеет очень маленький θ (мало того, вода любит стекло) → смачивает хорошо.
  • Вода на жирной или гидрофобной поверхности (например, на воске) имеет θ > 90° → смачивание слабое или отсутствует.

5. Как применить на практике

• Если известны γSV, γSL, γLV, можно найти θ по cos θ = (γSV − γSL) / γLV. Если полученное значение больше нуля и меньше либо равно 1, θ находится в 0°–90°, и поверхность смачивается.
• Если данные о энергиях неизвестны, можно наблюдать экспериментально: капля воды на поверхности и определить, образуется ли плоская оболочка или капля с высоким углом; по этому делать вывод о смачивании.

Ответ на задачу: Жидкость смачивает поверхность твердого тела в случае, когда контактный угол θ между жидкостью и поверхностью меньше 90° (особенно близок к 0° при полном смачивании). Этого достигают, когда адгезионные силы между жидкостью и поверхностью сильнее когезионных сил внутри жидкости (или, по формулам, когда θ < 90° и/или когда S = γSV − γSL − γLV > 0).