润湿角:英文名叫wetting angle,是指液相与固相的接触点处,液固界面和液态表面切线的夹角,该夹角小于90°时表示润湿,大于90°表示不润湿。下图中的θ就是润湿角。
(a)和(c)为管壁内的液面示意图
(b)和(d)为固体平面上的液体形态
从热力学的观点看,液滴落在清洁平滑的固体表面上,当忽略液体的重力和粘度影响时,则液滴在固体表面上的铺展(漫流)是由“固-气(rsv)”、“固-液(rSL)”、“液-气(rLV)”三个界面张力所决定的。如图所示:
三种界面张力与润湿角关系示意图
其平衡关系如下:
rsv=rSL+rLV*cosθ
即固体平面上,向左的力等于向右的力,这就是杨氏方程。向左的力是rsv;向右的力有两个:一个是液体和固体之间的力rSL,另一个是液体和空气之间的力rLV的水平分量rLV*cosθ,这个力可以表示如下:
F=rLV*cosθ=rsv-rSL
式中,θ是润湿角,也叫润湿角;F是润湿张力。
显然,0°≤θ≤180°润湿角,当θ=0°时,润湿张力F最大,可以完全润湿,即液体在固体表面上自由铺展;当0°rSL,或者rSL十分微小。当固、液两相的化学性能或化学结合方式很接近时,是可以满足这一要求的。
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名词解释
余炫函数:几何学中,对直角三角形三个角之间关系的一种表述,称为三角函数。余炫函数是三角函数的一种,用cos表示。如下图所示,在直角三角形ABC中润湿角,C=90°(∠代表“角”),∠A的余弦值是它的邻边b与三角形斜边c的比值,即cosA=b/c,那么b=cosA*c。上面说的rLV的水平分量相当于三角形中的b,rLV相当于c,这就是F=rLV*cosθ的由来。
在0~360度(π=180度,2π=360度)中,余炫函数遵循下图二维关系,就是说余炫函数遵循下图坐标系中的那条曲线。它把角度定义为横坐标x,把x的余炫函数定义为纵坐标y,即得:
y=cosx
余炫函数图
当x等于0度时,y等于1;
当x由0度到90度(π/2)间变化时,y由1逐渐变为0;
当x由90度到180度(π)间变化时,y由0逐渐变为-1;
当x由180度到270(3π/2)间变化时,y由-1逐渐变为0;
当x由270度到360(2π)间变化时,y由0逐渐变为1。
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