Fisica statistica ed informatica - Fenomeni di superficie-Capillarità

Fenomeni di superficie - Capillarità

La risultante delle forze di interazione molecolare su una molecola è spesso denominata forza di coesione (se si sviluppa fra molecole identiche) o forza di adesione (se si sviluppa fra molecole diverse). Le forze di coesione tengono insieme le sostanze, mentre le forze di adesione fanno attrarre sostanze diverse (ad esempio, acqua su vetro). La condizione di equilibrio di un fluido in presenza di più sostanze è determinata dalla reciproca intensità delle forze di adesione e coesione. Esempio: fluidi a contatto con la parete solida del contenitore (acqua in un bicchiere a contatto con l'aria). Le molecole di un liquido in vicinanza della parete sentono la forza di adesione liquido-gas diretta verso l'interno del gas, la forza di coesione del fluido diretta verso l'interno del fluido e la forza di adesione liquido-solido diretta verso l'interno del solido.

così debole da poter essere trascurata. a , aLe restanti due forze, vista la loro direzione e verso, non possono avere risultante nulla all'equilibrio la superficie libera del fluido deve essere ortogonale alla risultante delle forze agenti. 1Si possono avere due casi:

1. a) b)r rr r <> F FF Fa c a cφFa FaF FφcF cR FRInnalzamento del liquido Allontanamento del liquido⇒ ⇒lungo la parete dalla pareteil liquido bagna la parete il liquido non bagna la pareteφ π π φ π0 < < /2 /2 < <ovvero: ovvero:φ = angolo di raccordo (angolo fra la tangente alla superficie delliquido, nel punto di contatto con la parete, e la verticale ascendente)Esso dipende dalla coppia liquido-solido φ = 0°Acqua-vetro φBenzina-vetro = 26°φAcqua-paraffina = 107°φAcqua-teflon = 127°φ = 140°Mercurio-acqua 2≤L’incurvamento della superficie è osservabile solo in prossimità ( mm)delle pareti;

Questo in tubi di piccole dimensioni trasversali (cosiddetti tubi capillari) da luogo al fenomeno della capillarità: il livello della superficie libera del fluido nel capillare è diverso da quello nel resto del recipiente (in contraddizione apparente con la legge di Stevino)

A _B Capillari in A di vetro, h in B di teflon. h acqua

Calcoliamo h, nel caso A, per un capillare di raggio rφ τ⋅ φ⋅F = cos LτFτ τ π r con L= 2τ⋅ φ⋅ πF = cos 2 rτ = mg All'equlibrio Fτh ρ⋅ ⋅≈ρ π ⋅2V r h con m=2 rτ ⋅ φ ⋅ π = ρ ⋅ π ⋅ ⇒2cos 2 r r h g Quindi τ ⋅ φ2 cos=h Legge di Jurin (vale anche nel caso B) ρgr 3