Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування
Авторами проаналізовані основні рівняння молекулярної теорії капілярності і умови їх використання при незворотних процесах змочування. Встановлено, що рівняння Юнга, Дюпре, Лапласа і Кельвіна при незворотних процесах взаємодії рідких фаз, що конденсуються, та твердих фаз, не можна використовувати, б...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142153 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування / Б.І. Басок, В.Р. Кулінченко, Д.В. Каптановський // Промышленная теплотехника. — 2015. — Т. 37, № 1. — С. 22-24. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-142153 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1421532018-09-30T01:22:48Z Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування Басок, Б.І. Кулінченко, В.Р. Каптановський, Д.В. Тепло- и массообменные процессы Авторами проаналізовані основні рівняння молекулярної теорії капілярності і умови їх використання при незворотних процесах змочування. Встановлено, що рівняння Юнга, Дюпре, Лапласа і Кельвіна при незворотних процесах взаємодії рідких фаз, що конденсуються, та твердих фаз, не можна використовувати, бо вони виведені в умовах зворотного ізотермічного процесу і визначаються дією міжмолекулярних сил. Авторами выполнен анализ основных уравнения молекулярной теории капиллярности и условия их использования при необратимых процессах смачивания. Установлено, что уравнение Юнга, Дюпре, Лапласа и Кельвина при необратимых процессах взаимного действияжидких фаз, которые конденсируются и твердых фаз, нельзя использовать, потому что они выведены в условиях обратимого процесса и подчинены действию молекулярных сил. The authors analyzed the molecular theory basic equation of capillarity and conditions for their using in irreversible wetting processes. It was established that Young's equation, Dupre's equation, Laplace's equation and Kelvin's equation in mutual action irreversible processes of liquid phases, which are condensed and solid phases, can not be used because they (equations) are derived in a reversible process and subjected to the action of the molecular forces. 2015 Article Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування / Б.І. Басок, В.Р. Кулінченко, Д.В. Каптановський // Промышленная теплотехника. — 2015. — Т. 37, № 1. — С. 22-24. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.1.2015.03 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142153 664.126 uk Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы |
| spellingShingle |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы Басок, Б.І. Кулінченко, В.Р. Каптановський, Д.В. Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування Промышленная теплотехника |
| description |
Авторами проаналізовані основні рівняння молекулярної теорії капілярності і умови їх використання при незворотних процесах змочування. Встановлено, що рівняння Юнга, Дюпре, Лапласа і Кельвіна при незворотних процесах взаємодії рідких фаз, що конденсуються, та твердих фаз, не можна використовувати, бо вони виведені в умовах зворотного ізотермічного процесу і визначаються дією міжмолекулярних сил. |
| format |
Article |
| author |
Басок, Б.І. Кулінченко, В.Р. Каптановський, Д.В. |
| author_facet |
Басок, Б.І. Кулінченко, В.Р. Каптановський, Д.В. |
| author_sort |
Басок, Б.І. |
| title |
Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування |
| title_short |
Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування |
| title_full |
Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування |
| title_fullStr |
Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування |
| title_full_unstemmed |
Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування |
| title_sort |
взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142153 |
| citation_txt |
Взаємодія твердих і рідких фаз, рушійні сили розтікання, адгезія, змочування / Б.І. Басок, В.Р. Кулінченко, Д.В. Каптановський // Промышленная теплотехника. — 2015. — Т. 37, № 1. — С. 22-24. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT basokbí vzaêmodíâtverdihírídkihfazrušíjnísiliroztíkannâadgezíâzmočuvannâ AT kulínčenkovr vzaêmodíâtverdihírídkihfazrušíjnísiliroztíkannâadgezíâzmočuvannâ AT kaptanovsʹkijdv vzaêmodíâtverdihírídkihfazrušíjnísiliroztíkannâadgezíâzmočuvannâ |
| first_indexed |
2025-07-10T14:16:49Z |
| last_indexed |
2025-07-10T14:16:49Z |
| _version_ |
1837269788902031360 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №122
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Авторами выполнен анализ ос-
новных уравнения молекулярной
теории капиллярности и условия
их использования при необратимых
процессах смачивания. Установле-
но, что уравнение Юнга, Дюпре,
Лапласа и Кельвина при необрати-
мых процессах взаимного действия
жидких фаз, которые конденсиру-
ются и твердых фаз, нельзя исполь-
зовать, потому что они выведены
в условиях обратимого процесса и
подчинены действию молекулярных
сил.
Авторами проаналізовані ос-
новні рівняння молекулярної тео-
рії капілярності і умови їх вико-
ристання при незворотних проце-
сах змочування. Встановлено, що
рівняння Юнга, Дюпре, Лапласа і
Кельвіна при незворотних проце-
сах взаємодії рідких фаз, що кон-
денсуються, та твердих фаз, не мож-
на використовувати, бо вони виве-
дені в умовах зворотного ізотерміч-
ного процесу і визначаються дією
міжмолекулярних сил.
The authors analyzed the molecu-
lar theory basic equation of capillarity
and conditions for their using in irrever-
sible wetting processes. It was estab-
lished that Young's equation, Dupre's
equation, Laplace's equation and Kel-
vin's equation in mutual action irrever-
sible processes of liquid phases, which
are condensed and solid phases, can
not be used because they (equations)
are derived in a reversible process and
subjected to the action of the molecular
forces.
Бібл. 5.
Ключові слова: капілярність, змочування, фаза, незворотний процес, ізотермічний процес.
УДК 664.126
ВЗАЄМОДІЯ ТВЕРДИХ І РІДКИХ ФАЗ, РУШІЙНІ СИЛИ РОЗТІКАННЯ,
АДГЕЗІЯ, ЗМОЧУВАННЯ
Басок Б.І.1, член-кореспондент НАН України, Кулінченко В.Р.2, докт. техн. наук, Каптановський Д.В.3
1 Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. Желябова, 2а, м. Київ, 03680
2 Національний університет харчових технологій, вул. Володимирська, 68, м. Київ, 01033
3 Черкаський державний технологічний університет, бульвар Шевченка, 460, 18006, м. Черкаси
Для моделювання і управління технологіч-
ними процесами, пов'язаними з особливостями
властивостей реологічних харчових органічних
і неорганічних продуктів, а так само при з'єд-
нанні матеріалів і синтезі композитів, необхід-
ний аналіз фізико-хімічних закономірностей
взаємодії твердих і рідких фаз. Зокрема, необ-
хідне визначення рушійних сил змочування, ка-
пілярної течії і розтікання рідини по поверхні
твердих і рідких фаз. [1] Поверхневі явища ві-
діграють також визначальну роль в процесах
екстракції і капілярного просочування твердих
тіл розчинами. Велике значення має аналіз по-
няття адгезії [3] і закономірності зміни динаміч-
них значень поверхневих натягів на всіх трьох
межах.
Проаналізовані основні рівняння молеку-
лярної теорії капілярності і умови їх викорис-
тання при незворотних процесах змочування [5].
Наведені визначення явищ: змочування, розті-
кання і адгезії з позицій сучасних представлень
фізичної хімії.
Розглянуті умови використання рівнянь
Юнга, Дюпре, Лапласа і Кельвіна при незворот-
F – сила розтікання, Н;
W – робота, Дж;
θ – крайовий кут. град;
σ – поверхневий натяг, Н/м;
Індекси:
А – адгезія;
К – когезія;
г – газ;
р – рідина;
руш – рушійна сила;
т – тверде тіло;
d – динамічне значення твердих і рідких фаз на
межі з газом (або іншою рідиною, що не принци-
пово);
σтр – міжфазний натяг;
θ – крайовий кут змочування;
WA і WК – робота адгезії і когезії рідини.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №1 23
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
них процесах взаємодії твердих і рідких фаз, що
конденсуються. Юнгом отримані рівняння [4]:
сosθ = 2WA/WК – 1;
при WК = 2σрг маємо WA = σрг(1 + сosθ) (1)
і сosθ = (σтг – σтр)/σрг; або К = cosθ, (2)
де К – коефіцієнт змочування, що характеризує
інтенсивність змочування за рівноважних умов;
σтг і σрг – поверхневі натяги.
З (1) і (2) також слідує вираз для визначення
Fруш – рушійної сили розтікання:
Fруш = σтг – σтр = σргcosθ. (3)
Відповідно до формалізму рівняння (2) ко-
ефіцієнт змочування К = cosθ можна викорис-
товувати тільки у випадку, якщо –1 ≤ К ≤ 1 при
0° ≤ θ ≤ 180°.
Дюпре вивів рівняння для роботи зворот-
ного відділення рідини від поверхні твердого
тіла WA – роботи адгезії
WA = σтг + σрг – σтр = σрг(1 + сosθ). (4)
Рівняння (4) визначає зміну вільної енергії
системи при переході із стану контакту тверда
фаза – рідина до стану тверда фаза – газ і рідка
фаза – газ в результаті зворотного ізотермічного
процесу розділення. Цей тип контакту назива-
ється зворотною адгезією, при якій поверхні
можуть бути розділені на фази, залишаючись
при цьому незмінними. Рівняння Юнга, Дюпре
і Лапласа виведені в умовах зворотного ізотер-
мічного процесу і визначаються дією міжмо-
лекулярних сил, тобто коли WК > WA. При не-
зворотних процесах (змочування, розтікання)
WA < WК. З аналізу рівняння (1) виходить, що
WA не може буті більше одиниці. На цю супе-
речність, в літературі, як нам відомо, практично
не звертають увагу. Формули Юнга (1) і (2) от-
римані як проекція на ось Ох загального сумар-
ного вектора поверхневих натягів σіj в рівно-
важних умовах і не відображають вертикальну
складову цього вектора.
Наявність вертикальної складової твердого
тіла (пружна і пластична деформація) викликає
викривлення контактних поверхонь тонких під-
кладок. З розгляду векторів сил виходить, що
три поверхневі натяги ні при якій формі краплі
не можуть мати рівновагу, оскільки σтг і σтр ле-
жать в одній площині і направлені одна про-
ти іншої, а третя σрг розташована під кутом.
Тому є сила, що не компенсується, прикла-
дена до контуру краплі і спрямована вертикаль-
но вгору [2]. Опукла поверхня краплі створює
капілярний тиск Лапласа, який притискує її до
плоскої поверхні. Для того, щоб капілярний
тиск був урівноважений по всій поверхні, що
обмежує краплю, необхідне формування лунки
під нею так, щоб всі три сили уздовж контуру
компенсувалися.
Висновки:
1. Рівняння Юнга не враховує вертикальну
складову вектора σрг і коректність його вико-
ристання для нерівноважних систем і вимагає
спеціального аналізу. В умовах рівноваги це
рівняння не може бути використане при незво-
ротних процесах змочування і розтікання, ос-
кільки cosθ не може бути більше одиниці.
2. Для систем, далеких від рівноваги (Δμ ≠ 0),
використання рівнянь Юнга і Дюпре коректне
і WK збільшується і може застосовуватися тіль-
ки для аналізу динамічних значень σрг
d, WA
d і
Qd, на стадії швидкого розтікання.
3. Фізичний сенс поняття, у разі нерівно-
важного розтікання, відрізняється від поняття
роботи адгезії, використовуваної в рамках мо-
лекулярної теорії капілярності. У нерівноважних
системах характеризує енергію міжатомної взає-
модії двох фаз, що конденсуються, в області ме-
жі між фазами.
ЛІТЕРАТУРА
1. Воюцкий С.С. Аутогезия и адгезия высоко-
полимеров. Ростов: Ростовиздат, 1960. – 244 с.
2. Гупало А.П., Ватаманюк Н.М. Высокомо-
лекулярные соединения. М.: Издательство НМКВО,
1993. – 243 с.
3. Кулінченко В.Р. Гідравліка, гідравлічні ма-
шини і гідропривід: Підручник. К.: Фірма ІНКОС,
2006. – 616 с.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2015, т. 37, №124
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
4. Остроумов С.А., Лазарева Е.В. Поверхност-
ное натяжение водных растворов додецисуль-
фита в присутствии водных растений. Вода:
технология и экология, 2008, № 3. – С 57-60.
5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. По-
верхностные явления и дисперсные системы:
Учебник. М.: 1988. – 340 с.
INTERACTION OF SOLID AND LIQUID
PHASES. DRIVING FORCES SPREADING,
ADHESION, MOISTENING
Basok B.I.1, Kulinchenko V.R.2, Kaptanovskiy D.V.3
1 Institute of Engineering Thermophysics
of the National Academy of Sciences of Ukraine,
vul. Zhelyabova, 2a, Kyiv, 03680, Ukraine
2 National University of Food Technology,
vul. Vladymyrskaya, 68, Kyiv, 01033, Ukraine
3 Cherkasskiy State Technological University,
Shevchenko, 460, Cherkassy, Ukraine
The authors analyzed the molecular theory basic
equation of capillarity and conditions for their
using in irreversible wetting processes. It was
established that Young's equation, Dupre's equation,
Laplace's equation and Kelvin's equation in mutual
action irreversible processes of liquid phases, which
are condensed and solid phases, can not be used
because they (equations) are derived in a reversible
process and subjected to the action of the molecular
forces. Ref. 5.
Key words: capillarity, moistening, phase, irrever-
sible process, isothermal process.
1. Voyuckij S.S. Autogeziya i adgeziya vysoko-
polimerov. Rostov: Rostovizdat, 1960. – 244 s. (Rus)
2. Gupalo A.P., Vatamanyuk N.M. Vysokomole-
kulyarnye soedineniya. M.: Izdatelstvo NMKVO,
1993. – 243 s. (Rus)
3. Kulіnchenko V.R. Gіdravlіka, gіdravlіchnі
mashini і gіdroprivіd: Pіdruchnik. K.: Fіrma ІNKOS,
2006. – 616 s. (Ukr)
4. Ostroumov S.A., Lazareva E.V. Poverxnostnoe
natyazhenie vodnyx rastvorov dodecisulfita v pri-
sutstvii vodnyx rastenij. Voda: Texnologiya i eko-
logiya, 2008, № 3. – s. 57-60. (Rus)
5. Frolov Yu.G. Kurs kolloidnoj ximii. Poverx-
nostnye yavleniya i dispersnye sistemy: Uchebnik.
M.: 1988. – 340 s. (Rus)
Отримано 21.10.2014
Received 21.10.2014
|