Капілярність у фізичному допоміжному навчальному словнику
Підйом рідини у вузьких пробірках (капілярах) або порожнинах відомий як капілярність. Ви можете спостерігати їх відразу, наприклад, якщо ви тримаєте грудку цукру куточком у чаї або каві.
Щодо капілярності стосується наступного: чим вужча трубка чи порожнина, тим вище, наприклад, піднімається вода. Причиною капілярності є молекулярні сили та отриманий поверхневий натяг рідини.
Є також рідини, в яких відбувається зворотний ефект, тобто рідина не піднімається у вузькій трубці, а навпаки, опадає.
Гравітаційний тиск і контактний тиск
# Контактний тиск # сильний тиск # паскаль # ведмідь # атмосфера # тиск повітря # щільність
Той факт, що грудка цукру всмоктується з чаєм, навіть якщо ви тримаєте в ньому лише невеликий шматочок цукру, є наслідком капілярності. Ефект всмоктування певних тканин або підняття води в грунт також спричинений капілярністю
Вологі стіни в будинку виникають, коли стіни фундаменту, які знаходяться у вологій землі, недостатньо утеплені. Тоді вода може поступово підніматися вгору через пори цегли і призводити до вологих стін. Тут допомагає лише утеплення стін фундаменту шарами, непроникними для води.
Якщо покласти кольорову воду в посудину зі з’єднаними трубками, які мають дуже різну площу перерізу, то стає зрозумілим, що чим менший радіус трубки, тим вище вода піднімається.
Виведення капілярного підйому h
Експеримент, показаний на малюнку 1, показує, що підйом капіляра h в капілярі залежить від його радіуса r. Тепер можна визначити, як це можна розрахувати.
Вода в трубці (рис. 2), що стоїть над рівнем води, має силу ваги:
F G = m Fl ⋅ g m Fl маса надосадової рідини g гравітаційне прискорення (просторовий коефіцієнт)
Масу надосадової рідини можна замінити добутком її об’єму та щільності. Тоді застосовується наступне:
Об'єм розглянутого шматочка капіляра можна обчислити, як об'єм циліндра. Вставивши це, випливає:
Тут h - необхідна висота підйому. Стовп рідини перебуває в стані спокою, тобто існує рівновага сил. Силою, яка протидіє вазі, є сила F, що виникає внаслідок поверхневого натягу. До цієї сили застосовується наступне:
F = 2 π ⋅ σ ⋅ r σ поверхневий натяг r радіус капіляра
Тепер ми можемо зрівняти дві сили:
F = F G 2 π ⋅ σ ⋅ r = π ⋅ r 2 ⋅ h ⋅ ρ ⋅ g
Скорочення та розчинення відповідно до висоти підйому h призводить до шуканих відносин
h = 2 σ ρ ⋅ g ⋅ r σ поверхневий натяг ρ щільність рідини g коефіцієнт розташування r радіус капіляра
Для певної речовини висота підйому залежить лише від радіуса трубки.
Слід зазначити, що ця залежність стосується лише випадку повністю змочувальної рідини. Зволожуюча рідина вища на краю, ніж посередині посудини. Він утворює сочевикову краплю на рівній поверхні. Наприклад, це стосується води.
Не зволожуюча рідина, навпаки, знаходиться в посудині на краю, ніж посередині. Він утворює невеликі кулі на рівній поверхні. Такою незмочуючою рідиною є, наприклад, ртуть. Наступний ефект виникає з такими рідинами, що не змочують: У капілярі рідина не піднімається вгору, а навпаки, опускається вниз. Це легко показати на прикладі ртуті.
Приклад води
Капілярний підйом води слід розрахувати для трубки радіусом 1 мм. Щільність води становить 1 г см 3 = 1000 кг м 3, а поверхневий натяг 0,07 Н м .
Тоді для висоти підйому застосовується наступне: h = 2 σ ρ ⋅ g ⋅ r. Введення числових значень призводить до: h = 2 ⋅ 0,07 Н ⋅ м -1 1 мм ⋅ 1000 кг ⋅ м -3 ⋅ 9,81 м ⋅ с 2 год ≈ 14,3 мм ¯
За даних умов вода мала б висоту близько 14 мм.