ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы История развития люминесцентной и контрастной (цветной) дефектоскопии в России из "Неразрушающий контроль Т4" Рассмотрим историю изучения капиллярных явлений, так как понимание и развитие капиллярной теории является основополагающим для поиска и разработки новых средств капиллярного контроля, обеспечивающих повыщение чувствительности метода. [c.580] Первооткрывателем капиллярных явлений считается Леонардо да Винчи. Однако первые аккуратные наблюдения капиллярных явлений на трубках и стеклянных пластинках были проделаны Фрэнсисом Хоксби в 1709 году. [c.580] что вещество не является бесконечно делимым и имеет атомную или молекулярную структуру, было рабочей гипотезой для большинства ученых, начиная с ХУШ в. [c.580] К концу XIX в. использовали предположение о дискретной структуре вещества. Элементарные частицы материи называли атомами или молекулами (Лаплас), или просто частицами (Юнг). В настоящее время для элементарных частиц, составляющих газ, жидкость или твердое тело, используется термин молекула . [c.580] Природа межмолекулярных сил, отличных от сил тяготения, была весьма неясной, но в измышлениях не было недостатка. Руджеро Боскович полагал, что молекулы отталкиваются на очень малых расстояниях, притягиваются при несколько больших расстояниях и затем, по мере увеличения расстояния, демонстрируют попеременно отталкивание и притяжение со все уменьшающейся величиной. Его идеи в следующем столетии оказали влияние как на Фарадея, так и на Кельвина, но были слишком сложными, чтобы оказаться непосредственно полезными для тех, кто занимался теорией капиллярности. [c.580] Куинк поставил эксперименты по определению наибольшего расстояния, на котором действие межмолекулярных сил ощутимо. Он получил, что для различных веществ эти расстояния составляют I / 20 ООО часть миллиметра. [c.580] Клеро был одним из первых, кто показал необходимость принятия во внимание притяжения между частицами самой жидкости для объяснения капиллярных явлений. Он, однако, не признавал, что расстояния, на которых действуют эти силы, неощутимо малы. [c.581] В 1751 г. фон Сегнер ввел важную идею поверхностного натяжения по аналогии с механическим натяжением мембраны в теории упругости. Сегодня понятие поверхностного натяжения является заурядным, с него обычно начинают изучение капиллярных сил и поверхностных явлений в учебных заведениях. [c.581] Эта идея стала ключевой в дальнейшем развитии теории. [c.581] В 1802 г. Джон Лесли привел первое корректное объяснение подъема жидкости в трубке, рассматривая притяжение между твердым телом и тонким слоем жидкости на его поверхности. Он, в отличие от большинства предыдущих исследователей, не предполагал, что сила этого притяжения направлена вверх (непосредственно для поддержания жидкости). Напротив, он показал, что притяжение всюду нормально к поверхности твердого тела. [c.581] Эта теория не была записана с помощью математических символов и поэтому не могла показать количественную связь между притяжением отдельных частиц и конечным результатом. Теория Лесли была позднее переработана с применением лапласовских математических методов Джеймсом Айвори, как описано в статье О капиллярном действии в разделе Исследование жидкостей в приложении к 4-му изданию Британской Энциклопедии, опубликованном в 1819 г. [c.581] Первые попытки объяснить капиллярность или вообще сцепление жидкостей основывались на статических аспектах вещества. Механика была хорошо понимаемой теоретической ветвью науки термодинамика и кинетическая теория были еще в будущем. В механическом рассмотрении ключевым бьшо предположение о больших, но короткодействующих силах притяжения. Покоящиеся жидкости (в капиллярной трубке или вне ее) находятся, очевидно, в равновесии, а потому эти силы притяжения должны уравновешиваться силами отталкивания. Лаплас первым удовлетворительно разрешил эту проблему, полагая, что силы отталкивания (тепловые, как он допускал) можно заменить внутренним давлением, которое действует повсеместно в несжимаемой жидкости. [c.582] Оно должно уравновешивать силы сцепления в жидкости, и Лаплас отождествлял это с силой на единицу площади, которая оказывает сопротивление разделению бесконечного жидкого тела на два далеко разъединяемых полубесконечных тела, ограниченных плоскими поверхностями. Приведенный ниже вывод ближе к выводам Максвелла и Рэлея, чем к оригинальной форме Лапласа, но существенного различия в аргументации нет. [c.582] Натяжение на единицу длины вдоль произвольной линии на поверхности жидкости должно быть равным (в соответствующей системе единиц) работе, затраченной на создание единицы площади свободной поверхности. Это следует из опыта по растяжению пленки жидкости (рис. 2.2). [c.583] На проволочной рамке держится жидкая пленка, прикрепленная правым краем к свободно перемещаемой проволочке. Сила Р, необходимая для уравновешивания натяжения в двусторонней пленке, пропорциональна длине I. Пусть Р = 2а1. Смещение проволочки на расстояние 5д требует работы Радх = о8А, где 5А увеличение площади. Таким образом, натяжение на единицу длины на отдельной поверхности, или поверхностное натяжение а, численно равно поверхностной энергии на единицу площади. [c.583] Таким образом, К есть интеграл от межмолекулярного потенциала, или его нулевой момент, аН- его первый момент. В то время как К недоступно прямому эксперименту, Н может быть найдено, если мы сможем измерить поверхностное натяжение. [c.583] По теореме Эйлера сумма й, + равна сумме обратных радиусов кривизны поверхности вдоль любых двух ортогональных касательных. [c.584] Так как КиН положительны и Я положительно для выпуклой поверхности, то из (2.14) следует, что внутреннее давление в капле выше, чем в жидкости с плоской поверхностью. Наоборот, внутреннее давление в жидкости, ограниченной вогнутой сферической поверхностью ниже, чем в жидкости с плоской поверхностью, поскольку Л в этом случае отрицательно. [c.584] Первой детально развитой теорией капиллярных явлений, лишенной недостатков предыдущих механистических теорий, было термодинамическое описание капиллярности Гиббсом. [c.584] Один из основных моментов в теории капиллярности Гиббса - это представление о разделяющих поверхностях. Использование наглядного геометрического образа разделяющей поверхности и введение избыточных величин позволило максимально просто описать свойства поверхностей и обойти вопрос о структуре и толщине поверхностного слоя, который во времена Гиббса был совершенно не изучен и до сих пор остается решенным далеко не полностью. Избыточные величины Гиббса (адсорбция и другие) зависят от положения разделяющей поверхности, и последнее может бьггь также найдено из соображений максимальной простоты и удобства. [c.584] Вернуться к основной статье