Смачивание и капиллярные явления

Опорный конспект по теме «Смачивание и капиллярные явления». Обновлен 25.07.2026 г. Проверяемые элементы содержания (ПЭС):
👉 Код ПЭС ОГЭ по физике: 2.3 Смачивание и капиллярные явления.
👉 Код ПЭС ФОП ООО (приказ 704): 6.4. Смачивание и капиллярные явления
Вернуться к Списку конспектов по физике

Явление смачивания

Смачивание — это физическое явление, возникающее на границе соприкосновения трёх сред: твёрдого тела, жидкости и газа. Оно определяется соотношением сил притяжения между молекулами жидкости (сил когезии) и между молекулами жидкости и твёрдого тела (сил адгезии). Если силы адгезии больше сил когезии, жидкость растекается по поверхности — происходит смачивание. Если же силы когезии преобладают, жидкость собирается в капли — наблюдается несмачивание.

Мерой смачивания служит краевой угол θ (тета) — угол между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности жидкости в точке её контакта. При θ < 90° смачивание считается хорошим (жидкость «прилипает»), при θ > 90° — плохим (жидкость «отталкивается»). Абсолютное смачивание (θ = 0°) встречается редко, например, у воды на чистом стекле. Абсолютное несмачивание (θ = 180°) — у ртути на стекле.

Интересный факт: знаменитый «эффект лотоса» — листья лотоса покрыты микроскопическими бугорками, которые делают их гидрофобными (θ > 150°). Вода скатывается с них шариками, унося с собой грязь — это пример сверхгидрофобности.

Смачивание в природе

Явление смачивания играет ключевую роль в жизни живых организмов:

• Перья водоплавающих птиц покрыты тонким слоем жира — вода их не смачивает. Благодаря несмачиванию птицы остаются сухими и лучше держатся на воде.
• Насекомые (например, жук-водолюб) способны удерживать пузырёк воздуха под водой благодаря смачиванию одних частей тела и несмачиванию других.
• Корни растений выделяют слизистые вещества, улучшающие смачивание почвы, что облегчает всасывание воды и минеральных солей.
• У некоторых пустынных жуков (например, жук Stenocara) спина покрыта чередующимися гидрофильными и гидрофобными участками. Туман конденсируется на смачиваемых зонах, и вода стекает прямо в рот насекомого.

Факт: без явления смачивания невозможна стирка — вода просто не проникала бы в волокна ткани. Поэтому в моющие средства добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые уменьшают краевой угол и усиливают смачивание.

Смачивание в быту и технике

В повседневной жизни и технике смачивание используется повсеместно:

• Флотация — процесс обогащения руд. Измельчённую руду смешивают с водой и воздухом. Частицы ценного минерала, обработанные реагентами, не смачиваются водой и прилипают к пузырькам воздуха, всплывая на поверхность. А пустая порода смачивается и тонет.
• Паяние и лужение — расплавленный припой должен хорошо смачивать металл, иначе соединение будет непрочным. Для этого поверхности очищают и покрывают флюсом.
• Масляные фильтры в двигателях задерживают частицы сажи благодаря тому, что масло смачивает одни материалы и не смачивает другие.
• Дождевики и зонты — их ткань пропитывают водоотталкивающими составами, создающими несмачивание.

Явление капиллярности

Капиллярность (от лат. capillus — волос) — это подъём или опускание жидкости в узких каналах (капиллярах) под действием сил поверхностного натяжения. Если жидкость смачивает стенки капилляра, она поднимается вверх (например, вода в тонкой трубочке). Если не смачивает — уровень жидкости в капилляре опускается ниже уровня в широком сосуде (ртуть в стеклянной трубке).

Высота подъёма (или опускания) жидкости в капилляре определяется формулой Жюрена:
h = (2σ cosθ) / (ρ g r)
где σ — коэффициент поверхностного натяжения, θ — краевой угол, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, r — радиус капилляра. Чем меньше радиус капилляра, тем выше поднимается жидкость.

Интересный факт: в капиллярах диаметром 1 мкм вода может подняться на высоту до 15 метров! Именно поэтому деревья способны подавать воду от корней к верхним листьям.

Капиллярность в жизни человека, животных и растений

• Растения: по сосудам ксилемы (диаметр 0,02–0,5 мм) вода поднимается за счёт капиллярности и транспирации. У высоких деревьев (секвойи, эвкалипты) высота подачи воды достигает 100 м и более.
• Человек: капилляры в лёгких, кровеносные капилляры (Ø 5–10 мкм) обеспечивают газообмен и циркуляцию крови. Без капиллярности невозможно всасывание питательных веществ в кишечнике.
• Животные: у пауков капиллярные каналы в лапках позволяют им удерживаться на гладких поверхностях. Верблюды имеют носовые капилляры, которые конденсируют влагу из выдыхаемого воздуха, сохраняя воду.
• Быт и техника: фитили ламп, промокательная бумага, полотенца, губки — все они используют капиллярное впитывание. В строительстве капиллярное подсосание влаги из почвы может разрушать фундамент, поэтому применяют гидроизоляцию.

Удивительно: если бы не капиллярные силы, то мы не могли бы вытирать руки полотенцем — вода бы просто скатывалась, а не впитывалась.

Поверхностное натяжение жидкостей

Поверхностное натяжение — это явление, вызванное стремлением жидкости сократить свою поверхность. Молекулы на поверхности испытывают неравномерное притяжение: со стороны жидкости их тянут сильнее, чем со стороны газа. В результате поверхность ведёт себя как упругая плёнка. Коэффициент поверхностного натяжения σ измеряется в Н/м и характеризует силу, действующую на единицу длины контура поверхности.

Проявления поверхностного натяжения:

• Мыльные пузыри — сферическая форма минимизирует поверхностную энергию. Самый большой стабильный мыльный пузырь в мире был диаметром около 5 м.
• Водомерки бегают по воде, не проваливаясь, потому что их лапки покрыты гидрофобными волосками и не смачивают воду, а поверхностное натяжение выдерживает их вес.
• Иголка или скрепка могут лежать на поверхности воды — их удерживает упругая плёнка поверхностного слоя.
• В горячей воде поверхностное натяжение уменьшается, поэтому моющие средства работают эффективнее.

Знаете ли вы? Коэффициент поверхностного натяжения воды при 20 °C равен 0,073 Н/м. У ртути он почти в 7 раз больше — 0,47 Н/м, поэтому капелька ртути на стекле остаётся почти идеальным шариком.

Выводы

1. Смачивание и несмачивание определяются соотношением сил адгезии и когезии и характеризуются краевым углом.
2. Капиллярные явления — прямое следствие смачивания и поверхностного натяжения. Жидкость поднимается или опускается в узких каналах, причём высота обратно пропорциональна радиусу капилляра.
3. Поверхностное натяжение — фундаментальное свойство жидкостей, стремящихся минимизировать свою поверхность. Оно объясняет множество явлений: от формы капель до жизни водомерок.
4. Эти явления широко используются в природе (растения, животные) и технике (стирка, флотация, пайка, строительство). Понимание молекулярных механизмов позволяет создавать новые материалы с заданными гидрофильными или гидрофобными свойствами.

Примеры заданий с решениями (уровень ОГЭ)

Задание 1 (расчёт высоты подъёма воды в капилляре)

Условие: Стеклянный капилляр радиусом 0,2 мм опущен в воду. Коэффициент поверхностного натяжения воды σ = 0,073 Н/м, плотность воды ρ = 1000 кг/м³, краевой угол θ = 0° (полное смачивание). Ускорение свободного падения g = 10 м/с². На какую высоту поднимется вода в капилляре?

Решение: Используем формулу Жюрена: h = (2σ cosθ) / (ρ g r). cos0° = 1. Подставляем: h = (2 × 0,073 × 1) / (1000 × 10 × 0,2×10⁻³) = 0,146 / (1000 × 10 × 0,0002). Сначала вычислим знаменатель: 1000×10=10000; 10000×0,0002 = 2. Тогда h = 0,146 / 2 = 0,073 м = 7,3 см.

Ответ: вода поднимется на 7,3 см.

Задание 2 (анализ формы мениска)

Условие: В стеклянную трубку налили ртуть. Внутренняя поверхность трубки чистая. Какая форма поверхности ртути в трубке — выпуклая или вогнутая? Будет ли уровень ртути в капилляре выше или ниже, чем в широком сосуде? Ответ обоснуйте.

Решение: Ртуть не смачивает стекло (краевой угол > 90°). Поэтому в капилляре образуется выпуклый мениск. Силы поверхностного натяжения в этом случае направлены внутрь жидкости, стягивая её вниз, что приводит к опусканию уровня ртути в капилляре ниже уровня в широком сосуде. Если бы жидкость смачивала стенки (например, вода), мениск был бы вогнутым и уровень поднялся бы.

Ответ: форма выпуклая; уровень ртути в капилляре ниже, чем в сосуде.

Задание 3 (качественная задача на поверхностное натяжение)

Условие: Почему маленькая капля воды на листе лотоса имеет почти идеальную шарообразную форму, а на оконном стекле — расплывается? Объясните с точки зрения смачивания и поверхностного натяжения.

Решение: Лист лотоса обладает сверхгидрофобностью — краевой угол смачивания близок к 180°. Это означает, что силы адгезии между водой и листом крайне малы. Силы когезии (между молекулами воды) заставляют каплю принимать форму с минимальной поверхностью — шар. На оконном стекле, напротив, хорошее смачивание (θ ≈ 0°). Силы адгезии больше когезии, вода растекается, стремясь увеличить площадь контакта с поверхностью. Поверхностное натяжение пытается сократить поверхность капли, но адгезия пересиливает, и капля расплывается в тонкую плёнку.

Ответ: На листе лотоса — несмачивание, вода не растекается и под действием поверхностного натяжения принимает шарообразную форму. На стекле — смачивание, вода растекается.

Эти задания помогут закрепить понимание ключевых формул и логики явлений. Помните: в ОГЭ часто встречаются качественные вопросы на применение изученных законов.

Вы смотрели конспект темы по физике 8 класса «Смачивание и капиллярные явления». Следующая тема: «Тепловое расширение и сжатие».

Вернуться к Списку конспектов по физике

Посмотреть Конспекты параграфов учебника 8 кл. Баз.уровень

Посмотреть Конспекты параграфов учебника 8 кл. УГЛ.уровень