Капілл я рние явл ення, фізичні явища, зумовлені дією поверхневого натягу на межі розділу змішуються середовищ. До К. я. відносять зазвичай явища в рідких середовищах, викликані викривленням їх поверхні, що межує з ін. рідиною, газом або власним паром. Викривлення поверхні веде до появи в рідині додаткового капілярного тиску D p, величина якого пов'язана з середньою кривизною r поверхні рівнянням Лапласа: D p = p 1 - p 2. = 2 s12 / r, де (s12 - поверхневий натяг на кордоні двох середовищ; p 1 і p2 - тиск в рідині 1 і контактує з нею середовищі ( фазі ) 2. У разі увігнутої поверхні рідини (r <0) тиск в ній знижений в порівнянні з тиском в сусідній фазі: p 1 <p2 і D p <0. Для опуклих поверхонь (r> 0) знак D p міняється на зворотний. Капілярний тиск створюється силами поверхневого натягу, що діють по дотичній до поверхні розділу. Викривлення поверхні розділу веде до появи складової, спрямованої всередину об'єму однієї з контактуючих фаз. Для плоскої поверхні розділу (r = ¥) така складова відсутня і D p = 0.
К. я. охоплюють різні випадки рівноваги і руху поверхні рідини під дією міжмолекулярних сил і зовнішніх сил (в першу чергу сили тяжіння).
У найпростішому випадку коли зовнішні сили відсутні або компенсовані, поверхня рідини завжди викривлена. Так, в умовах невагомості обмежений обсяг рідини, не дотичної з ін. тілами, приймає під дією поверхневого натягу форму кулі. Ця форма відповідає стійкій рівновазі рідини, оскільки куля володіє мінімальною поверхнею при даному обсязі, і, отже, поверхнева енергія рідини в цьому випадку мінімальна.
Форму кулі рідина приймає і в тому випадку, якщо вона знаходиться в іншій, рівній по щільності рідини (дія сили тяжіння компенсується архимедовой виштовхує силою, см. Архімеда закон ). При нескомпенсованих силі тяжіння картина істотно змінюється малов'язкими рідина (наприклад, вода), узята в достатній кількості, приймає форму судини, в який вона налита. Її вільна поверхня виявляється практично плоскою, тому що сили земного тяжіння долають дію поверхневого натягу, що прагне викривити і скоротити поверхню рідини. Однак у міру зменшення маси рідини роль поверхневого натягу знову стає визначальною: при дробленні рідини в середовищі газу або газу в рідині утворюються дрібні краплі або бульбашки практично сферичної форми (див. крапля ).
Властивості систем, що складаються з багатьох дрібних крапель або бульбашок (емульсії, рідкі аерозолі, піни), і умови їх утворення багато в чому визначаються кривизною поверхні частинок, т. Е. К. я. Не меншу роль К. я. грають і при утворенні нової фази: крапельок рідини при конденсації пари, бульбашок пари при кипінні рідин, зародків твердої фази при кристалізації .
При контакті рідини з твердими тілами на форму її поверхні істотно впливають явища змочування , Обумовлені взаємодією молекул рідини і твердого тіла. На рис. 1 показаний профіль поверхні рідини, що змочує стінки судини. Змочування означає, що рідина сильніше взаємодіє з поверхнею твердого тіла (капіляра, судини), ніж знаходиться над нею газ. Сили тяжіння, що діють між молекулами твердого тіла і рідини, змушують її підніматися по стінці судини, що призводить до викривлення примикає до стінки ділянки поверхні. Це створює негативне (капілярний) тиск, який в кожній точці викривленої поверхні в точності врівноважує тиск, викликаний підйомом рівня рідини. Гідростатичний тиск в об'ємі рідини при цьому змін не зазнає.
Якщо зближувати плоскі стінки судини таким чином, щоб зони викривлення почали перекриватися, то утворюється увігнутий меніск - повністю викривлена поверхню. У рідини під меніском капілярний тиск негативно, під його дією рідина всмоктується в щілину до тих пір, поки вага стовпа рідини (висотою h) не врівноважує чинне капілярний тиск D p. У стані рівноваги
(R 1 - r 2) gh = D p = 2 s12 / r,
де r 1 і r 2 - щільність рідини 1 і газу 2; g - прискорення вільного падіння. Цей вислів, відоме як формула Д. Жюрена (J. Jurin, 1684-1750), визначає висоту h капілярного підняття рідини, повністю смачивающей стінки капіляра. Рідина, що не змочує поверхню, утворює опуклий меніск, що викликає се опускання в капілярі нижче рівня вільної поверхні (h <0).
Капілярний вбирання грає істотну роль у водопостачанні рослин, пересуванні вологи в грунтах та ін. Пористих тілах. Капілярна просочення різних матеріалів широко застосовується в процесах хімічної технології.
Викривлення вільної поверхні рідини під дією зовнішніх сил обумовлює існування т. Н. капілярних хвиль ( «ряби» на поверхні рідини). К. я. при русі рідких поверхонь розділу розглядає физико-хімічна гідродинаміка .
Рух рідини в капілярах може бути викликане різницею капілярного тиску, що виникає в результаті різної кривизни поверхні рідини. Потік рідини спрямований в бік меншого тиску: для змочуючих рідин - до меніска з меншим радіусом кривизни (рис. 2, а).
Знижений, відповідно до Кельвіна рівнянням , Тиск пари над змочуючими менисками є причиною капілярної конденсації рідин в тонких порах.
Негативне капілярний тиск чинить стягуюча дія на обмежують рідину стінки (рис. 2, б). Це може призводити до значної об'ємної деформації високодисперсних систем і пористих тіл - капілярної контракції. Так, наприклад, відбувається при висушуванні зростання капілярного тиску призводить до значної усадки матеріалів.
Багато властивостей дисперсних систем (проникність, міцність, поглинання рідини) значною мірою обумовлені К. я., Тому що в тонких порах цих тіл реалізуються високі капілярні тиску.
К. я. вперше були відкриті і досліджені Леонардо да Вінчі (15 ст.), потім Б. Паскалем (17 ст.) і Д. Жюреном (18 ст.) в дослідах з капілярними трубками. Теорія К. я. розвинена в роботах П. Лапласа (1806), Т. Юнга (1805), С. Пуассона (1831), Дж. Гіббса (1875) та І. С. Громеки (1879,1886).
Літ.: Адам Н. К., Фізика і хімія поверхонь, пер. з англ., М., 1947; Громека І. О., Собр. соч., М., 1952.
Н. В. Чураев.
Мал. 1. Капілярна підняття рідини, що змочує стінки (вода в скляній посудині і капілярі).
Мал. 2. а - переміщення рідини в капілярі під дією різниці капілярного тиску (r1> r2); б - стягуюча дія капілярного тиску.
