Свойства жидкостей
Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (т. е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Детальное описание 1вин кз здесь.
Некоторые жидкости, как, например, мыльная вода, обладают способностью образовывать тонкие пленки. Всем хорошо известные мыльные пузыри имеют правильную сферическую форму – в этом тоже проявляется действие сил поверхностного натяжения. Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то вся она затянется пленкой жидкости (рис. 2).
Рис.2.
Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы 
и результирующей сил поверхностного натяжения 
.
Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность пленки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу 
. Если под действием силы 
перекладина переместиться на Δx, то будет произведена работа ΔAвнеш = FвнешΔx = ΔEp = σΔS, где ΔS = 2LΔx – приращение площади поверхности обеих сторон мыльной пленки. Так как модули сил и одинаковы, можно записать:
Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность.
Явления на границе жидкости, твёрдого тела и газа
При рассмотрении явлений на границе раздела двух различных сред следует иметь в виду, что поверхностная энергия жидкости или твёрдого тела зависит не только от свойств данной жидкости или твёрдого тела, но и от свойств того вещества, с которым они граничат. Строго говоря, нужно рассматривать суммарную поверхностную энергию α12 двух граничащих друг с другом веществ. Только если одно вещество газообразно, химически не реагирует с другим веществом и мало в нём растворяется, можно говорить просто о поверхностной энергии (или коэффициенте поверхностного натяжения) второго жидкого или твёрдого тела.
Если граничат друг с другом сразу три вещества: твёрдое, жидкое и газообразное (рис.3), то вся система принимает конфигурацию, соответствующую минимуму суммарной энергии (поверхностной, в поле сил тяжести и т.п.). В частности, контур, по которому граничат в се три вещества, располагается на поверхности твёрдого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться (т.е. на направление касательной к поверхности твёрдого тела), была равна нулю.
рис. 3
Из рис.3 следует, что условие равновесия элемента контура ∆l запишется следубщим образом:
∆lαт,г=∆lαт,ж+∆lαж,гcos ύ (1)
где αт,г, αт,ж и αж,г – коэффициенты поверхностного натяжения на границах: твёрдое тело-газ, твёрдое тело-жидкость и жидкость-газ.
Отсчитываемы в нутрии жидкости угол ύ между касательными к поверхности твёрдого тела и к поверхности жидкости называется краевым углом. В соответствии с (1)
cos ύ= (αт,г- αт,ж)/ αж,г (2)
Краевой угол определяется выражением (2) только при условии, что
(|αт,г - αт,ж|)/ αж,г≤ 1 (3)
Если это условие не выполняется, т.е. |αт,г - αт,ж|>αж,г, ни при каком значении ύ не может установиться равновесие. Это имеет место в двух случаях:
1) αт,г>αт,ж+αж,г. Как бы ни был мал угол ύ, сила αт,г перевешивает две другие. В этом случае жидкость неограниченно растекается по поверхности твёрдого тела – имеет место полное смачивание. Замена поверхности твёрдое толе – газ двумя поверхностями, твёрдое тело-жидкость и жидкость-газ, оказывается энергетически выгодной. При полном смачивании краевой угол равен нулю
2) αт,ж>αт,г+αж,г. Как бы ни был угол ύ близок к π, сила αт,ж перевешивает две другие. В этом случае поверхность, по которой жидкость граничит с твёрдым телом, стягивается в точку, жидкость отделяется от твёрдой поверхности – имеет место полное не смачивание. Замена поверхности твёрдое тело-жидкость двумя поверхностями, твёрдое тело-газ и жидкость-газ, оказывается энергетически выгодной. При полном несмачивании краевой угол равен π.
При соблюдении условия (3) краевой угол может оказаться острым или тупым в зависимости от соотношения между αт,г и αт,ж. Если αт,г больше, чем αт,ж, то cos ύ>0 и угол ύ – острый. В этом случае имеет место частичное смачивание. Если αт,г, меньше чем αт,ж, то cos ύ<0 и угол ύ – тупой. В этом случае имеет место частичное несмачивание. Капиллярные явления.
Форма которую принимает свободная поверхность жидкости, зависит от сил поверхностного натяжения, от взаимодействия с ограничивающими поверхность твёрдыми стенками, а так же от силы земного тяготения, действующей на жидкость. Особыми оказываются условия равновесия на линии разреза жидкость - газ - твёрдая стенка (рис. 4) в тонких плёнках и в узких сосудах – капиллярах.
Рис. 4