Поверхностное натяжение

Молекулы, находящиеся во внутренних слоях жидкости или воздуха, испытывают в среднем одинаковое по всем направлениям притяжение со стороны окружающих молекул; молекулы же поверхностного слоя подвергаются неодинаковому притяжению со стороны внутренних слоев вещества и с его стороны, граничащей с поверхностным слоем.

Притяжение молекул внутри жидкости и на поверхности раздела «жидкость – воздух»

Например, на поверхности раздела «жидкость – воздух» молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, сильнее притягиваются со стороны соседних молекул внутренних слоев жидкости, чем со стороны молекул воздуха, так как межмолекулярные расстояния в жидкости намного меньше, чем в газе. Поэтому равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю и направлена внутрь фазы с большой когезией. Возникающие при этом силы, называемые силами поверхностного натяжения, стремятся уменьшить поверхность жидкости до минимальной при данных условиях.

В практике капиллярного контроля поверхностным натяжением обычно называют силы, действующие на границе раздела «пенетрант – воздух». Коэффициент поверхностного натяжения σ численно равен силе, действующей на единицу длины границы раздела «жидкость – газ» и обусловливающей сокращение поверхности жидкости. Направление этой силы – по касательной к границе раздела и перпендикулярно периметру.

К определению коэффициента поверхностного натяжения

Еще одно определение коэффициента поверхностного натяжения связано с работой А, которую необходимо затратить для изотермического образования поверхности S границы раздела «жидкость – газ». Количественно это определение характеризуется соотношением σ = А/ S. Очевидно, что в рамках первого из двух равноправных, приведенных выше определений коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м, а в рамках второго – в Дж/м². В последнем случае эту величину часто называют удельной свободной поверхностной энергией, численно равной поверхностному натяжению.

В качестве индикаторных пенетрантов обычно применяют жидкости с относительно низким поверхностным натяжением σ = 0,025–0,035 Н/м. Например, люминесцентные жидкости типа ЛЖ имеют следующие коэффициенты поверхностного натяжения σ: ЛЖ-1 – 0,0277 Н/м, ЛЖ-2 – 0,0263 Н/м, ЛЖ-4 – 0,0277 Н/м, ЛЖ-6А – 0,0297 Н/м, ЛЖ-12 – 0,0343 Н/м.

Коэффициент поверхностного натяжения для ряда распространенных дефектоскопических материалов:

Величина коэффициента поверхностного натяжения уменьшается с ростом температуры индикаторной жидкости. Для определения σ используют методы отрывающейся и висячей капель, капиллярного поднятия жидкости, отрыва кольца или рамки от поверхности и др.