Грязный стол

[Антипка]

В выходные провел эксперимент с чаем. В пятницу капнул, сейчас изучаю. Поверхность - алюминиевая фольга. Результат - вполне ожидаемый, однако есть ряд тонких эффектов:

1. Площадь, занятая сухим чаем, не является выпуклой фигурой, имеются очень маленькие "вогнутости", в местах которых в "каемке" есть тонкие "проточины". Таким образом, каемка - не сплошная, а с разрывами. (Изначально место, занимаемое каплей на поверхности, было выпуклой фигурой).

2. Местами за каемкой из чая есть такая же очень тонкая "проточина" - полоска без чая, местами во внутренней области заметна "зернистость". Есть предположение, что за ее возникновение ответственны куски пленки, образующейся на поверхности чая при его высыхании.

3. Поверхность фольги не идеально горизонтальна. Тем не менее, локальные неровности не оказали никакого влияния на итоговую картину.

[zbl]

Developer писал(а):

Точно такой же эффект, как и в случае с каплей на стекле, мы с Вами обнаружим, если нальём раствор кофе или чая в мензурку. В последнем случае экстакт чая или кофе будет образовывать каёмку выкристаллизовавшегося из раствора вещества на стенках мензурки несколько выше уровня жидкости аккурат на высоте капиллярного эффекта за счёт сил поверхностного натяжения и явления смачивания...

Это мало что опровергает, но, зато, подтверждает мою точку зрения на ведущую роль изогнутости поверхности капли.
Надобы изготовить мензурку такой формы, чтобы в ней поверхность налитого кофе была горизонтальна (конусообразная мензурка?).
Тогда можно будет тють в тють выяснить роль кривизны поверхности (ибо она в том случае будет отсутствовать в принципе).

Developer писал(а):

Физхимия или химфизика - всё едино, только вторая сильнее засекречена...

Я намекал на историю возникновения в СССР этих двух похожих наук...

[Developer]

Я не пытаюсь ничего опровергать или, упаси боже, что-либо назидать...
1) Кривизна поверхности смачивающей или не смачивающей эту поверхность жидкости зависит от сил поверхностного натяжения, о которых я уже упоминал.
Поэтому для проведения Вашего опыта, zbl, я бы не форму мензурки попыталься бы изменить, а попробовал бы подобрать такое сочетание материалов твёрдого тела, газовой среды и сольвента, при котором $cos\theta=0$, вот тогда бы поверхность жидкости в мензурке в аккурат была бы перпендикулярна внутренней поверхности мензурки.
2) Как наука, физическая химия возникла задолго до возникновения СССР, а на долю химфизики в СССР пришлись проблемы разделения изотопов для создания атомной бомбы, разработка окислителей и топлива для ракетных двигателей и прочие амилы и гептилы...

[zbl]

Developer писал(а):

я бы не форму мензурки попыталься бы изменить, а попробовал бы подобрать такое сочетание материалов твёрдого тела, газовой среды и сольвента, при котором $cos\theta=0$, вот тогда бы поверхность жидкости в мензурке в аккурат была бы перпендикулярна внутренней поверхности мензурки.

Ну, какой вариант проще, пусть решает тот, кто решиться провести этот эксперимент...

[Developer]

Так дело в том, что ни при какой форме стенок мензурки (даже, если форма стенки мензурки вырождается в горизонтальную поверхность) без изменения соотношения между силами поверхностного натяжения на границе раздела трёх сред нельзя изменить этот самый чёртов угол $\theta между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности капли сольвента в точке границы раздела...

[zbl]

Developer писал(а):

нельзя изменить этот самый чёртов угол $\theta

Да шут с ним, пусть остаётся как был.
У нас же есть горизонт, и к нему мы и должны этот угол приравнять; нам ж всё равно, какой профиль у мензурки подводой, лишь бы известный.
Вообще-то я картинок не рисовал пока, а в уме торможу представить, потому и написал в скобках "конусообразная мензурка" со знаком вопроса.

[Developer]

Тогда я сам приведу "картинку", угол "тэта" не обозначаю, вместо "сигма" с буквенными индексами будут латинские "S" с цифровыми, но из рисунка и без того всё понятно:

Здесь a) капля не смачивает поверхность твёрдого тела, b), c) - смачивает.
Если непонятно, готов разъяснить...

[zbl]

Developer писал(а):

Тогда я сам приведу "картинку"

Я не то имел в виду, но мне рисовать пока некогда.
Возьмите мензурку; тогда по краям будет мениск по вертикальным стенкам.
Теперь берите мензурку не с вертикальными стенками, а в виде расходящегося конуса; как изменится мениск?
Я на бумаге, всё-таки, нашёл время нарисовать: угол к горизонту будет меньше; осталось подобрать угол конусообразной мензурки так, чтобы поверхность жидкости была горизонтальна.

[Developer]

На оранжевой подложке (поверхности твёрдого тела) расположены три синих капли жидкости, которая не смачивает поверхность (a), смачивает поверхность (c), и схемка промежуточного варианта (b).
В каждой точке периметра смачивания соприкасаются три фазы: твёрдая, жидкая и газообразная. И каждая поверхность раздела для минимизации энергии Гиббса стремится к своему сокращению.
Я их на рисунке выделил разными цветами (оранжевым твёрдую, синим жидкую) и условно обозначил так:
- S12 - сила поверхностного натяжения на границе жидкость-газ ($\sigma_{\text{жг}}$);
- S13 - сила поверхностного натяжения на границе тв. в-во-газ ($\sigma_{\text{тг}}$);
- S23 - сила поверхностного натяжения на границе тв. в-во-жидкость ($\sigma_{\text{тж}}$).
Угол между S23 и S12 я обозначил греческой буквой $\theta$, но на рисунке не показал.
Вот, zbl , теперь давайте и повертим мысленно эту картинку в поле тяготения и так, и эдак...
Если мензурка имеет внутренний диаметр порядка капиллярного размера (например, 0,1 мм), то что будет с кривизной поверхности жидкости вблизи границы раздела сред?

[zbl]

Developer писал(а):

теперь давайте и повертим мысленно эту картинку в поле тяготения и так, и эдак...

Если картинка отображается, то я говорил об этом.
Если наклонить мензурку поверхность становится плоской, или же я туплю?

[Developer]

Никто ничего не "тупит", просто Вы, zbl, очень красиво слева изобразили реальную физическую картинку мениска жидкости с учётом и сил тяготения , и сил поверхностного натяжения, не забыли провести и касательную к поверхности мениска жидкости в точке периметра на границе трёх сред, а справа Вы изобразили гипотетическую, воображаемую картинку, которая односторонне отражает физическую картину с учётом лишь сил тяготения (поверхность воды горизонтальна), а силы поверностного натяжения она не учитывает.

Почему я так считаю? Попробую объяснить, рассуждая...
Если на изображённой слева Вашей картинке силы поверхностного натяжения поднимают жидкость по вертикальной стенке, невзирая на силу тяжести, действующую вертикально вниз на массу воды вблизи стенки, то что будет препятствовать тем же силам поверхностного натяжения растеканию жидкости дальше влево по почти горизонтальной поверхности и почти в отсутствие противодействующей силы тяжести?

[zbl]

Developer писал(а):

Если на изображённой слева Вашей картинке силы поверхностного натяжения поднимают жидкость по вертикальной стенке, невзирая на силу тяжести, действующую вертикально вниз на массу воды вблизи стенки, то что будет препятствовать тем же силам поверхностного натяжения растеканию жидкости дальше влево по почти горизонтальной поверхности и почти в отсутствие противодействующей силы тяжести?

Последнее по отношению ко второй картинке говориться?
Поверхность стремится принять наименьшую возможную площадь при данном постоянном объёме жидкости.
Будет ли всасывать воду конусообразный капилляр моей конструкции? -- это вопрос, надо подумать...
А стакан с водой я таки наклоню в обеденный перерыв, это уж обязательно...

[Developer]

Ко второй. В капилляре при смачивании силы поверхностного натяжения (результирующая всех сил, поверхностного натяжения твёрдого тела, поверхностного натяжения жидкости и поверхностного натяжения газа) уравновешены силой тяжести на столбик поднявшейся по капилляру жидкости.
Наклоняя стенку на Вашем рисунке справа, мы как бы имитируем уменьшение силы тяжести столбика жидкости, он и полезет вверх.
Если такой опыт провести в невесомости, чем будет определяться "высота" поднятия столбика по капилляру? Исключительно величинами $\sigma_{\text{жг}}{, } \sigma_{\text{тг}}{, } \sigma_{\text{тж}}$ и их соотношением через угол $\theta$...

Дополнение: предсказываю неоднозначность Вашего обеденного опыта, поскольку поверхность стекла Вам не удастся очистить от загрязнений раствором хромпика, дистиллированную воду Вы тоже не найдёте, остроты зрения из-за малого угла наблюдения мениска без микроскопа окажется тоже недостаточно, я уж не говорю об отсутствии гониометрического стола для выполнения прецизионных измерений угла наклона стакана...

[zbl]

Developer писал(а):

Если такой опыт провести в невесомости, чем будет определяться "высота" поднятия столбика по капилляру?

В невесомости вода свободно растечётся по стенкам капиляра, картинка будет совсем другая.
Если взять, например, наполовину наполненную бутылку, то в невесомости жидкость прижмётся к стенкам, а воздух соберётся в центре бутылки в один большой пузырь.

Developer писал(а):

Дополнение: предсказываю неоднозначность Вашего обеденного опыта,

Спасибо за предупреждение.
Буду пить чай спокойно, а то окружающие могут неадекватно отреагировать на те эмоции, которые я могу непроизвольно выказать.