Zagadnienia teoretyczne:

Pomiędzy cząsteczkami cieczy działają siły elektrostatyczne i elektromagnetyczne, które zależą od rodzaju cieczy i odległości między cząsteczkami. Mogą to być siły kulombowskie między elektronami i jądrami, oddziaływania dipolowe w cieczach polarnych, siły dyspersyjne (powstawanie chwilowych momentów dipolowych wskutek fluktuacji), a także siły elektromagnetyczne.

Spójność (kohezja) - wzajemne przyciąganie się cząsteczek tej samej substancji. Jest to związane z występowaniem sił spójności (Van der Waalsa). Największą spójność mają ciała stałe ciecze zaś mniejszą. Jednym z efektów występowania sił spójności jest napięcie powierzchniowe.

Przyleganie (adhezja) - łączenie się powierzchniowe dwóch różnych (stałych lub ciekłych) ciał (w szczególnym przypadku tych samych substancji). Jest wynikiem oddziaływań międzycząsteczkowych. Wielkość tą mierzy się siłą (lub pracą) potrzebną do oderwania stykających się ciał na jednostkę powierzchni.

W pewnym uproszczeniu siłę oddziaływania można przedstawić jako funkcje odległości (wg Van der Waalsa):
, gdzie
stałe indywidualne, n i m wykładniki odpowiadające siłom przyciągającym i odpychającym (n < m). Dla odległości bardzo małych przeważają siły odpychające dla większych (ponad
m) przyciągające.

Dla odległości poniżej
m siły spójności wywołują dostrzegalne zjawiska makroskopowe (odległość ta to promień działania, a kula wokół cząstki o tym promieniu to sfera działania). Siły międzycząsteczkowe wewnątrz cieczy równoważą się jednak przy powierzchni (odległość mniejsza niż sfera działania) cząstki są poddane siłom tylko z jednej strony (siły gazu - pary nad powierzchnią są kilkakrotnie mniejsze w cieczy). Wskutek tego na cząstki przy powierzchni działa siła wypadkowa o kierunku prostopadłym do owej powierzchni (cząstki mają dodatkową energię potencjalną). Zgodnie z zasadą równowagi trwałej minimum energii potencjalnej odpowiada możliwie najmniejsza powierzchnia cieczy. Pracę, jaką należy wykonać, aby zwiększyć powierzchnię cieczy o 1
nazywamy napięciem powierzchniowym lub współczynnikiem napięcia powierzchniowego:

Jeśli powierzchnia cieczy ograniczona jest obwodem, to napięcie powierzchniowe jest równe sile działającej na jednostkę długości obwodu.

Dla temperatur dalekich od temperatury krytycznej napięcie zależne jest jedynie od kohezji (granica ciecz - para). Inaczej jest na granicy ciecz - ciecz. Wysoka wartość napięcia powierzchniowego mają parafiny w kontakcie z wodą. Na granicy metal - dielektryk mamy do czynienia z zależnością napięcia od ładunku (zjawisko elektrokapilarne).

Błona powierzchniowa ograniczona obwodem leżącym na płaszczyźnie dąży do osiągnięcia kształtu płaskiego. Błona wypukła wywiera na ciecz dodatkowe ciśnienie, wklęsła rozciąga warstwy pod nią położone (ciśnienie ujemne).

Dzięki twierdzeniu o stałej wartości średniej krzywizny (prostopadłe przecięcia normalnych powierzchni zakrzywionej o promieniach R1 i R2 =>
) Laplace określił dodatkowe ciśnienie pod powierzchnią zakrzywioną:
. W przypadku powierzchni kulistej R1=R2=R co upraszcza wzór do postaci:
.

Dla granicy ciecz - ciało stałe należy uwzględnić siły między ciałem stałym i cieczą. Można tu wyróżnić dwa przeciwstawne przypadki:

1. ciecz nie zwilża ciała - siła wypadkowa skierowana do cieczy - tworzy się menisk wypukły;

2. ciecz zwilża ciało - tworzy się menisk wklęsły.

Kąt między styczną do powierzchni cieczy i powierzchnia ciała stałego nazywa się kątem granicznym (kąt styku lub zwilżania).

Istnieją trzy sposoby wyznaczania napięcia powierzchniowego:

1. Metoda odrywania płytki polega na mierzeniu siły (pracy) jaka jest potrzebna aby wydobyć z cieczy określone ciało.

2. Metoda stalagmometryczna polega na porównywaniu wielkości kropel różnych substancji.

3. Metoda kapilar polega na mierzeniu wysokości poziomu cieczy w naczyniach włoskowatych.

---