Krajový úhel

Různé případy krajového úhlu.

Krajový úhel je úhel, který svírá okraj kapaliny s nádobou. Na styku kapaliny s nádobou může docházet ke snížení nebo zvýšení okraje kapaliny. V důsledku tohoto zvýšení nebo snížení nemusí být hladina kapaliny kolmá k povrchu nádoby, ale svírá určitý úhel označovaný jako krajový.

[editovat] Napětí na rozhraní

Povrchová napětí na okraji kapaliny.

Na okraji kapaliny dochází ve skutečnosti ke styku tří prostředí: kapaliny, plynu (např. vzduch) a stěny pevného tělesa. Povrchová napětí, která působí na tomto rozhraní, jsou závislá na látkách jednotlivých prostředí.

Má-li být okraj kapaliny v klidu, pak musí být všechny působící síly v rovnováze. Podle obrázku musí tedy platit

σ k t + σ k p cosθ - σ p t = 0

kde $σ k t$ je povrchové napětí mezi kapalinou a tuhou látkou, $σ k p$ je povrchové napětí mezi kapalinou a plynem a $σ p t$ je povrchové napětí mezi plynem a tuhou látkou. Ze uvedeného vztahu dostaneme pro velikost krajového úhlu vztah

$\cos\theta = \frac{\sigma_{pt}-\sigma_{kt}}{\sigma_{kp}}$

Pro tři stejná prostředí je velikost krajového úhlu $θ$ za stejných podmínek stejná (toto tvrzení bývá také označováno jako tzv. druhý zákon kapilarity).

[editovat] Smáčivost

Velikost krajového úhlu je závislá na rozdílu povrchového napětí tuhého tělesa vzhledem k plynu a tuhého tělesa vzhledem ke kapalině. Tento rozdíl se také nazývá adhezní konstanta. Podle velikosti adhezní konstanty rozlišujeme následující případy.

Pokud je adhezní konstanta kladná, je krajový úhel ostrý (viz obrázek a). Okraj kapaliny se zvedá a říkáme, že kapalina stěnu smáčí. Tak je to např. u vody ve skleněné nádobě.
Je-li adhezní konstanta záporná, je krajový úhel tupý (viz obrázek c). Okraj kapaliny u stěny se sníží a říkáme, že kapalina stěnu nesmáčí. Příkladem může být chování rtuti ve skle.
Pokud $σ p t - σ k t > σ k p$ , pak by bylo $cosθ > 1$ , tzn. úhel $θ$ by nebyl reálný. V takovém případě se kapalina zvedá podél celé stěny, až je stěna celá pokryta tenkou vrstvou kapaliny. Krajový úhel je nulový a říkáme, že kapalina stěnu smáčí dokonale. Podobně se (do jisté míry) chovají některé organické látky, např. alkohol.
V případě, že $σ k t - σ p t > σ k p$ , bychom pro $cosθ$ dostali hodnotu menší než $- 1$ . V takovém případě se mezi pevnou stěnou a kapalinou tvoří tenká vrstva plynu, která sahá až do takové hloubky, v níž ji vytlačí hydrostatický tlak kapaliny. Takové kapaliny stěnu dokonale nesmáčí. Krajový úhel je $θ = 2π$ . Podobné chování lze pozorovat např. u roztavených kovů.

Schopnost kapaliny smáčet (určitou) látku se označuje jako smáčivost.

[editovat] Styk dvou kapalin

Kapalinová kapka na povrchu jiné kapaliny.

Podobné jevy pozorujeme také např. na styku dvou kapalin a plynu, kdy se opět skládají tři povrchová napětí.

Směřuje-li výsledné napětí do kapky, tzn. $σ 12 + σ 23 > σ 13$ , kapka se bude udržovat pohromadě (např. kapka parafinového oleje na vodě). Pokud naopak $σ 12 + σ 23 < σ 13$ , pak se molekuly na okraji kapky pohybují neomezeně ve směru napětí $σ 13$ a kapka se roztáhne na velmi tenkou vrstvu po celém povrchu kapaliny 3 (např. olivový olej na vodě).

[editovat] Související články

Kategorie: Mechanika

Tento článek je převzat z české wikipedie - otevřené encyklopedie, originální článek naleznete na adrese: „http://cs.wikipedia.org/wiki/Krajov%C3%BD_%C3%BAhel“
Stránka byla naposledy upravena v Stránka byla naposledy editována 29. 3. 2008 v 23:46.
Veškerý text je dostupný za podmínek GNU Free Documentation License (Autorské právo pro podrobnosti).