Kapilarni fenomeni, površinske pojave na granici tečnosti sa drugim medijumom, povezane sa zakrivljenošću njene površine. Zakrivljenost površine tečnosti na granici sa gasnom fazom nastaje kao rezultat dejstva površinskog napona tečnosti, koja teži da smanji graničnu površinu i da ograničenoj zapremini tečnosti da oblik kugle. Pošto kugla ima minimalnu površinu za dati volumen, ovaj oblik odgovara minimalnoj površinskoj energiji tečnosti, tj. njegovo stabilno stanje ravnoteže. U slučaju dovoljno velikih masa tečnosti, efekat površinske napetosti se kompenzuje gravitacijom, pa tečnost niske viskoznosti brzo poprima oblik posude u koju se sipa i slobodna je. površina izgleda gotovo ravna.
U nedostatku gravitacije ili u slučaju vrlo malih masa, tekućina uvijek poprima sferni oblik (kap), čija zakrivljenost površine određuje mnoge stvari. svojstva supstance. Stoga su kapilarne pojave izražene i igraju značajnu ulogu u uslovima bestežinskog stanja, prilikom drobljenja tečnosti u gasovitom mediju (ili raspršivanja gasa u tečnost) i formiranja sistema koji se sastoje od mnogih kapi ili mehurića (emulzije, aerosoli). , pjene), prilikom nastajanja nove faze tečnih kapljica pri kondenzaciji para, mjehurića pare pri ključanju, jezgra kristalizacije. Kada tečnost dođe u kontakt sa kondenzovanim tijelima (druga tekućina ili čvrsto tijelo), zakrivljenost granične površine nastaje kao rezultat djelovanja međufazne napetosti.
U slučaju vlaženja, na primjer, kada tekućina dođe u dodir s čvrstim zidom posude, privlačne sile koje djeluju između molekula čvrste tvari i tekućine uzrokuju njeno podizanje duž stijenke posude, zbog čega dio površine tekućine uz zid poprima konkavni oblik. U uskim kanalima, na primjer, cilindričnim kapilarama, formira se konkavni meniskus - potpuno zakrivljena površina tekućine (slika 1).
Rice. 1. Kapilarna elevacija h tečnost koja vlaže zidove kapilare poluprečnika r; q - kontaktni ugao vlaženja.
kapilarni pritisak.
Budući da su sile površinske (međufazne) napetosti usmjerene tangencijalno na površinu tekućine, zakrivljenost potonje dovodi do pojave komponente usmjerene unutar zapremine tekućine. Kao rezultat, nastaje kapilarni pritisak, čija je vrijednost Dp povezana sa prosječnim polumjerom zakrivljenosti površine r 0 Laplaceovom jednačinom:
Dp = p 1 - p 2 \u003d 2s 12 / r 0, (1)
gdje je p 1 i p 2 - pritisak u tečnosti 1 i susednoj fazi 2 (gas ili tečnost), s 12 - površinski (međufazni) napon.
Ako je površina tečnosti konkavna (r 0< 0), давление в ней оказывается пониженным по сравнению с давлением в соседней фазе p 1 < р 2 и Dp < 0. Для выпуклых поверхностей (r 0 >0) predznak Dp je obrnut. Negativan kapilarni pritisak koji nastaje kada se zidovi kapilare navlaže tečnošću dovodi do toga da će se tečnost usisati u kapilaru do visine visine stuba tečnosti. h neće uravnotežiti pad pritiska Dp. U stanju ravnoteže, visina kapilarnog uspona određena je Jurinom formulom:
gdje su r 1 i r 2 gustine tekućine 1 i medija 2, g je ubrzanje gravitacije, r je polumjer kapilare, q je ugao vlaženja. Za tečnosti koje ne vlaže zidove kapilara, cos q< 0, что приводит к опусканию жидкости в капилляре ниже уровня плоской поверхности (h < 0).
Iz izraza (2) slijedi definicija kapilarne konstante tekućine A= 1/2 . Ima dimenziju dužine i karakteriše linearnu veličinu Z[A, pri čemu kapilarni fenomeni postaju značajni Dakle, za vodu na 20°C a = 0,38 cm U slaboj gravitaciji (g: 0), vrijednost A povećava. U području kontakta čestica kapilarna kondenzacija dovodi do kontrakcije čestica pod djelovanjem sniženog tlaka Dp< 0.
Kelvinova jednadžba.
Zakrivljenost površine tečnosti dovodi do promene ravnotežnog pritiska pare iznad nje R u poređenju sa pritiskom zasićene pare ps iznad ravne površine na istoj temperaturi T. Ove promjene su opisane Kelvinovom jednačinom:
gdje je molarni volumen tekućine, R je plinska konstanta. Smanjenje ili povećanje pritiska pare zavisi od predznaka zakrivljenosti površine: preko konveksnih površina (r 0 > 0) p > p s ; preko konkavnog (r 0< 0) R< р s . . Dakle, iznad kapi, pritisak pare je povećan; u mjehurićima je, naprotiv, spuštena.
Na osnovu Kelvinove jednadžbe izračunava se punjenje kapilara ili poroznih tijela na kapilarna kondenzacija. Pošto vrednosti R su različite za čestice različitih veličina ili za površine sa udubljenjima i izbočinama, jednačina (3) takođe određuje pravac prenosa materije u procesu prelaska sistema u ravnotežno stanje. To posebno dovodi do toga da relativno velike kapi ili čestice rastu zbog isparavanja (otapanja) manjih, a površinske nepravilnosti nekristalnih tijela se izglađuju zbog rastvaranja izbočina i zarastanja udubljenja. Primetne razlike u pritisku pare i rastvorljivosti javljaju se samo pri dovoljno malom r 0 (za vodu, na primer, pri r 0. Stoga se Kelvinova jednačina često koristi za karakterizaciju stanja koloidnih sistema i poroznih tela i procesa u njima.
Rice. 2. Pomak fluida po dužini l u kapilari poluprečnika r; q - kontaktni ugao.
kapilarna impregnacija.
Smanjenje pritiska ispod konkavnih meniskusa jedan je od razloga kapilarnog kretanja tečnosti prema meniskusu manjeg radijusa zakrivljenosti. Poseban slučaj ovoga je impregnacija poroznih tijela – spontana apsorpcija tekućine u liofilne pore i kapilare (slika 2). Brzina v kretanje meniskusa u horizontalno lociranoj kapilari (ili u vrlo tankoj vertikalnoj kapilari, kada je utjecaj gravitacije mali) određeno je Poiseuilleovom jednačinom:
Gdje l je dužina presjeka apsorbirane tekućine, h je njegov viskozitet, Dp je pad tlaka u presjeku l, jednak kapilarnom pritisku meniskusa: Dp = - 2s 12 cos q/r. Ako kontaktni ugao q ne zavisi od brzine v, moguće je izračunati količinu apsorbirane tečnosti tokom vremena t iz omjera:
l(t) = (rts 12 cos q/2h) l/2 . (5)
Ako je q funkcija v, To l I v povezane sa složenijim odnosima.
Jednadžbe (4) i (5) se koriste za izračunavanje stope impregnacije pri tretiranju drveta antisepticima, bojenju tkanina, nanošenju katalizatora na porozne nosače, ispiranju i difuzijskoj ekstrakciji vrijednih komponenti stijena itd. Da bi se ubrzala impregnacija, često se koriste površinski aktivni sastojci. koriste koji poboljšavaju vlaženje smanjenjem kontaktnog ugla q. Jedna od mogućnosti kapilarne impregnacije je pomicanje jedne tekućine iz poroznog medija drugom, koja se ne miješa s prvim i bolje vlaže površinu pora. To je osnova, na primjer, metoda za ekstrakciju zaostalog ulja iz ležišta vodenim otopinama tenzida i metoda živine porozimetrije. Kapilarna apsorpcija rastvora u pore i pomeranje tečnosti koje se ne mešaju iz pora, praćeno adsorpcijom i difuzijom komponenti, razmatraju se fizičko-hemijskom hidrodinamikom.
Pored opisanih ravnotežnih stanja tečnosti i njenog kretanja u porama i kapilarama, ravnotežna stanja vrlo malih zapremina tečnosti, posebno tankih slojeva i filmova, takođe se nazivaju kapilarnim fenomenima. Ove kapilarne pojave se često nazivaju kapilarnim fenomenima tipa II. Odlikuju se, na primjer, ovisnošću površinske napetosti tekućine o polumjeru kapi i linearnom napetosti. Kapilarne fenomene prvi su proučavali Leonardo da Vinci (1561), B. Pascal (17. vek) i J. Jurin (18. vek) u eksperimentima sa kapilarnim cevima. Teorija kapilarnih fenomena razvijena je u radovima P. Laplacea (1806), T. Junga (1804), A. Yu. Davydova (1851), J. W. Gibbsa (1876), I. S. Gromeke (1879, 1886). Početak razvoja teorije kapilarnih fenomena druge vrste postavili su radovi B. V. Deryagina i L. M. Shcherbakova.
Prilikom vlaženja dolazi do zakrivljenosti površine, što mijenja svojstva površinskog sloja. Postojanje viška slobodne energije u blizini zakrivljene površine dovodi do takozvanih kapilarnih fenomena - vrlo osebujnih i važnih.
Hajde da prvo sprovedemo kvalitativno razmatranje na primeru mjehurića od sapunice. Ako u procesu puhanja mjehurića otvorimo kraj cijevi, vidjet ćemo da će mjehur koji se nalazi na njegovom kraju smanjiti veličinu i biti uvučen u cijev. Pošto je vazduh sa otvorenog kraja komunicirao sa atmosferom, da bi se održalo ravnotežno stanje mehurića od sapunice, neophodno je da pritisak unutra bude veći od spoljašnjeg. Ako je, istovremeno, cijev spojena na monometar, tada se na njoj bilježi određena razlika u nivou - višak tlaka DP u volumetrijskoj fazi plina sa konkavne strane površine mjehurića.
Uspostavimo kvantitativan odnos između DP i radijusa zakrivljenosti površine 1/r između dvije obimne faze koje su u ravnoteži i razdvojene sfernom površinom. (na primjer, mjehur plina u tekućini ili kap tekućine u parnoj fazi). Da bismo to uradili, koristimo opšti termodinamički izraz za slobodnu energiju pod uslovom T = const i bez prelaska materije iz jedne faze u drugu dn i = 0. Varijacije površine ds i zapremine dV su moguće u stanju ravnoteže. Neka V poraste za dV, a s za ds. onda:
dF = - P 1 dV 1 - P 2 dV 2 + sds.
U stanju ravnoteže dF = 0. Uzimajući u obzir činjenicu da je dV 1 = dV 2 , nalazimo:
P 1 - P 2 \u003d s ds / dV.
Dakle, P 1 > P 2 . S obzirom da je V 1 = 4/3 p r 3 , gdje je r polumjer zakrivljenosti, dobijamo:
Zamjena daje Laplaceovu jednačinu:
P 1 - P 2 \u003d 2s / r. (1)
Općenitije, za elipsoid okretanja s glavnim polumjerima zakrivljenosti r 1 i r 2 , Laplaceov zakon je formuliran:
P 1 - P 2 \u003d s / (1 / R 1 - 1 / R 2).
Za r 1 = r 2 dobijamo (1), za r 1 = r 2 = ¥ (ravan) P 1 = P 2 .
Razlika DP se naziva kapilarni pritisak. Razmotrimo fizičko značenje i posledice Laplasovog zakona, koji je osnova teorija kapilarnih pojava.Jednačina pokazuje da razlika pritisaka u zapreminskim fazama raste sa povećanjem s i smanjenjem radijusa zakrivljenosti. Dakle, što je veća disperzija, to je veći unutrašnji pritisak tečnosti sa sferičnom površinom. Na primjer, za pad vode u parnoj fazi na r = 10 -5 cm, DP = 2. 73 . 10 5 dina / cm 2 "15 at. Tako je pritisak unutar kapi, u poređenju sa parom, za 15 atm veći nego u parnoj fazi. Mora se imati na umu da je, bez obzira na stanje agregacije faza, u stanju ravnoteže pritisak na konkavnoj strani površine uvijek veći nego na konveksnoj. Jednačina daje osnovu za eksperimentalno mjerenje s metodom najvećeg pritiska mehurića. Jedna od najvažnijih posledica postojanja kapilarnog pritiska je porast tečnosti u kapilari.
Kapilarni fenomeni se uočavaju u tečnostima
U uskim posudama, u kojima je razmak između zidova srazmjeran polumjeru zakrivljenosti površine tekućine. Zakrivljenost je rezultat interakcije tečnosti sa zidovima posude. Specifičnost ponašanja tečnosti u kapilarnim sudovima zavisi od toga da li tečnost vlaži ili ne vlaži zidove posude, tačnije od vrednosti kontaktnog ugla vlaženja.
Razmotrimo položaj nivoa tekućine u dvije kapilare, od kojih jedna ima liofilnu površinu pa su joj stijenke vlažne, dok druga ima liofiliziranu površinu i nije vlažna. U prvoj kapilari, površina ima negativnu zakrivljenost. Dodatni Laplaceov pritisak ima tendenciju da rastegne tečnost. (pritisak je usmjeren prema centru zakrivljenosti). Pritisak ispod površine manji je od pritiska na ravnoj površini. Kao rezultat, nastaje sila uzgona koja podiže tečnost u kapilari sve dok težina stuba ne uravnoteži delujuću silu.U drugoj kapilari, površinska zakrivljenost je pozitivna, dodatni pritisak se usmerava u tečnost, kao rezultat, tečnost u kapilari se spušta.
U ravnoteži, Laplaceov pritisak jednak je hidrostatičkom pritisku stupca tečnosti visine h:
DP \u003d ± 2s / r \u003d (r - r o) gh, gdje su r, r o gustoće tekuće i plinovite faze, g je ubrzanje gravitacije, r je polumjer meniskusa.
Da bismo povezali visinu kapilarnog uspona sa karakteristikom vlaženja, poluprečnik meniskusa izražavamo kroz ugao vlaženja Q i radijus kapilare r 0. Jasno je da je r 0 = r cosQ, visina porast kapilara se izražava kao (Jurinova formula):
h \u003d 2scosQ / r 0 (r - r 0)g
U odsustvu vlaženja Q>90 0 , sosQ< 0, уровень жидкости опускается на величину h. При полном смачивании Q = 0, сosQ = 1, в этом случае радиус мениска равен радиусу капилляра. Измерение высоты капиллярного поднятия лежит в основе одного из наиболее точных методов определения поверхностного натяжения жидкостей.
Brojni dobro poznati fenomeni i procesi objašnjavaju se kapilarnim porastom tečnosti: impregnacija papira i tkanina je posledica kapilarnog podizanja tečnosti u porama. Vodootpornost tkanina je osigurana njihovom hidrofobnošću - posljedica negativnog podizanja kapilara. Uzdizanje vode iz tla nastaje zbog strukture tla i osigurava postojanje vegetacijskog pokrivača Zemlje, podizanje vode iz tla duž stabala biljaka nastaje zbog vlaknaste strukture drveta, procesa cirkulacije krvi u krvnim sudovima, porast vlage u zidovima zgrade (položena hidroizolacija) itd.
Termodinamička reaktivnost (t.r.s.).
Karakterizira sposobnost tvari da prijeđe u neko drugo stanje, na primjer, u drugu fazu, da uđe u kemijsku reakciju. Ukazuje na udaljenost datog sistema od stanja ravnoteže pod datim uslovima. T.r.s. je određena hemijskim afinitetom, koji se može izraziti kao promjena Gibbsove energije ili razlika u kemijskim potencijalima.
R.s zavisi od stepena disperzije supstance. Promjena stepena disperzije može dovesti do pomaka u faznoj ili hemijskoj ravnoteži.
Odgovarajuće povećanje Gibbsove energije dG d (zbog promjene disperzije) može se predstaviti kao kombinovana jednadžba prvog i drugog zakona termodinamike: dG d = -S dT + V dp
Za pojedinačnu supstancu V = V mol i pri T = const imamo: dG d = V mol dp ili DG d = V mol Dp
Zamjenom Laplaceove relacije u ovu jednačinu dobijamo dG d = s V mol ds/dV
za sfernu zakrivljenost: dG d = ± 2 s V mol / r (3)
Jednačine pokazuju da je povećanje reaktivnosti zbog promjene disperzije proporcionalno zakrivljenosti površine, odnosno disperziji.
Ako uzmemo u obzir prijelaz tvari iz kondenzirane faze u plinovitu, tada se Gibbsova energija može izraziti u obliku tlaka pare, uzimajući je kao idealnu. Tada je dodatna promjena Gibbsove energije povezana s promjenom disperzije:
dG d \u003d RT ln (p d / p s) (4), gdje su p d i p s tlak zasićene pare na zakrivljenim i ravnim površinama.
Zamjenom (4) u (3) dobivamo: ln (p d / p s) = ±2 s V mol /RT r
Omjer se naziva Kelvin-Thomsonova jednačina. Iz ove jednadžbe slijedi da će s pozitivnom krivinom tlak zasićene pare nad zakrivljenom površinom biti veći, što je veća zakrivljenost, tj. manji radijus kapljice. Na primjer, za kap vode poluprečnika r = 10 -5 cm (s=73, V mol =18) p d / p s = 0,01, tj. 1%. Ova posljedica Kelvin-Thomsonovog zakona omogućava da se predvidi fenomen izotremičke destilacije, koji se sastoji u isparavanju najmanjih kapi i kondenzaciji pare na većim kapima i na ravnoj površini.
Sa negativnom zakrivljenošću koja se javlja u kapilarama tokom vlaženja, dobija se inverzni odnos: pritisak zasićene pare preko zakrivljene površine (iznad pada) opada sa povećanjem zakrivljenosti (sa smanjenjem radijusa kapilara). Dakle, ako tečnost navlaži kapilaru, tada dolazi do kondenzacije pare u kapilari pri nižem pritisku nego na ravnoj površini. Zbog toga se Kelvinove jednačine često nazivaju jednadžba kapilarne kondenzacije.
Razmotrimo uticaj disperzije čestica na njihovu rastvorljivost. Uzimajući u obzir da se promjena Gibbsove energije izražava kroz rastvorljivost tvari u drugom dispergiranom stanju, slično kao u odnosu (4), za neelektrolite dobijamo:
ln(c d /c a) = ±2 s V mol /RT r gdje su c d i c a rastvorljivost supstance u fino dispergovanom stanju i rastvorljivost u ravnoteži sa velikim česticama ove supstance
Za elektrolit koji se u rastvoru disocira na n jona, možemo napisati (zanemarujući koeficijente aktivnosti):
ln(a d /a s) = n ln (c d /c s) = ±2 s V mol /RT r, gdje su a d i a s aktivnosti elektrolita u otopinama zasićenim u odnosu na visoko dispergirano y i grubo dispergirano stanje. Jednačine pokazuju da sa povećanjem disperzije, rastvorljivost raste, ili je hemijski potencijal čestica disperznog sistema veći od potencijala velike čestice za 2 s V mol/r. Istovremeno, rastvorljivost zavisi od predznaka zakrivljenosti površine, što znači da ako čestice čvrste supstance imaju nepravilan oblik sa pozitivnom i negativnom zakrivljenošću i nalaze se u zasićenom rastvoru, tada će se područja sa pozitivnom zakrivljenošću rastvoriti, a oni sa negativnom zakrivljenošću će rasti. Kao rezultat toga, čestice rastvorene supstance na kraju dobijaju dobro definisan oblik koji odgovara ravnotežnom stanju.
Stupanj disperzije također može utjecati na ravnotežu kemijske reakcije: - DG 0 d = RT ln (K d / K), gdje je DG 0 d povećanje hemijskog afiniteta zbog disperzije, K d i K su ravnoteža konstante reakcija koje uključuju dispergirane i nedispergirane tvari.
Sa povećanjem disperzije povećava se aktivnost komponenti, te se u skladu s tim konstanta kemijske ravnoteže mijenja u jednom ili drugom smjeru, ovisno o stupnju disperzije polaznih tvari i produkta reakcije. Na primjer, za reakciju razgradnje kalcijum karbonata: CaCO 3 " CaO + CO 2
povećanje disperznosti početnog kalcijum karbonata pomera ravnotežu udesno, a pritisak ugljen-dioksida nad sistemom raste. Povećanje disperzije kalcijum oksida dovodi do suprotnog rezultata.
Iz istog razloga, s povećanjem disperzije, veza kristalizacijske vode sa tvari je oslabljena. Dakle, Al 2 O 3 makrokristal. 3 H 2 O otpušta vodu na 473 K, dok se u talogu čestica koloidne veličine kristalni hidrat raspada na 373 K. Zlato ne stupa u interakciju sa hlorovodoničnom kiselinom i koloidno zlato se u njoj rastvara. Grubi sumpor nema značajnu interakciju sa solima srebra, a koloidni sumpor stvara srebrni sulfid.
Pažnja! Stranica administracije stranice nije odgovorna za sadržaj metodoloških razvoja, kao ni za usklađenost razvoja Federalnog državnog obrazovnog standarda.
- Učesnik: Nikolaev Vladimir Sergejevič
- Rukovodilac: Sulejmanova Alfija Saifullovna
Uvod
U ovo doba visoke tehnologije, prirodne nauke postaju sve važnije u životima ljudi. Ljudi 21. veka proizvode superefikasne računare, pametne telefone i proučavaju svet oko nas sve dublje i dublje. Mislim da se ljudi spremaju za novu naučnu i tehnološku revoluciju koja će promeniti našu budućnost na fundamentalan način. Ali niko ne zna kada će se te promjene dogoditi. Svaka osoba svojim radom može približiti ovaj dan.
Ovaj istraživački rad je moj mali doprinos razvoju fizike.
Ovaj istraživački rad posvećen je trenutno aktuelnoj temi "Kapilarni fenomeni". U životu se često suočavamo s tijelima probijenim mnogim malim kanalima (papir, pređa, koža, razni građevinski materijali, zemlja, drvo). Dolazeći u kontakt sa vodom ili drugim tečnostima, takva tela ih vrlo često apsorbuju. Ovaj projekat pokazuje značaj kapilara u životu živih i neživih organizama.
Svrha istraživačkog rada: da se sa stanovišta fizike potkrijepi uzrok kretanja tečnosti kroz kapilare, da se identifikuju karakteristike kapilarnih pojava.
Predmet proučavanja: osobine tečnosti, da se apsorbuju, da se dižu ili spuštaju kroz kapilare.
Predmet istraživanja: kapilarne pojave u živoj i neživoj prirodi.
- Proučiti teorijski materijal o svojstvima tečnosti.
- Upoznajte se sa materijalom o kapilarnim fenomenima.
- Provedite niz eksperimenata kako biste utvrdili uzrok porasta tekućine u kapilarama.
- Sažmite materijal proučavan tokom rada i formulirajte zaključak.
Prije nego što se pređe na proučavanje kapilarnih fenomena, potrebno je upoznati se sa svojstvima tekućine, koje igraju značajnu ulogu u kapilarnim pojavama.
Površinski napon
Sam izraz "površinska napetost" podrazumijeva da je supstanca na površini u "zategnutom", odnosno napregnutom stanju, što se objašnjava djelovanjem sile koja se zove unutrašnji pritisak. Uvlači molekule u tečnost u pravcu okomitom na njenu površinu. Dakle, molekuli smješteni u unutrašnjim slojevima tvari doživljavaju, u prosjeku, istu privlačnost u svim smjerovima od okolnih molekula; molekuli površinskog sloja su podvrgnuti nejednakom privlačenju sa strane unutrašnjih slojeva tvari i sa strane koja graniči s površinskim slojem medija. Na primjer, na granici tekućina-vazduh, molekule tekućine smještene u površinskom sloju jače se privlače od susjednih molekula unutrašnjih slojeva tekućine nego od molekula zraka. To je razlog razlike u svojstvima površinskog sloja tečnosti od svojstava njenih unutrašnjih zapremina.
Unutrašnji pritisak uzrokuje da se molekuli koji se nalaze na površini tečnosti povlače prema unutra i na taj način teži da smanji površinu na minimum pod datim uslovima. Sila koja djeluje po jedinici dužine međupovršine, uzrokujući kontrakciju površine tekućine, naziva se sila površinskog napona ili jednostavno površinska napetost σ.
Površinski napon različitih tekućina nije isti, zavisi od njihovog molarnog volumena, polariteta molekula, sposobnosti molekula da međusobno stvaraju vodonične veze itd.
Kako temperatura raste, površinski napon opada linearno. Na površinski napon tečnosti utiču i nečistoće prisutne u njoj. Tvari koje smanjuju površinsku napetost nazivaju se površinski aktivnim tvarima (surfaktanti). U odnosu na vodu, tenzidi su naftni derivati, alkoholi, etar, sapun i druge tekuće i čvrste supstance. Neke supstance povećavaju površinsku napetost. Nečistoće soli i šećera, na primjer.
Ovo objašnjava MKT. Ako su sile privlačenja između molekula same tekućine veće od sila privlačenja između molekula surfaktanta i tekućine, tada molekuli tekućine idu prema unutra iz površinskog sloja, a molekuli surfaktanta se istiskuju na površinu . Očigledno je da će molekuli soli i šećera biti uvučeni u tečnost, a molekuli vode će biti gurnuti na površinu. Dakle, površinski napon, osnovni koncept fizike i hemije površinskih pojava, je i u praktičnom smislu jedna od najvažnijih karakteristika. Treba napomenuti da svako ozbiljno naučno istraživanje u oblasti fizike heterogenih sistema zahteva merenje površinskog napona. Povijest eksperimentalnih metoda za određivanje površinske napetosti, koja datira više od dva stoljeća, išla je od jednostavnih i grubih metoda do preciznih metoda koje omogućavaju pronalaženje površinske napetosti sa točnošću od stotih dijelova procenta. Zanimanje za ovaj problem posebno je poraslo posljednjih decenija u vezi sa hodanjem čovjeka u svemir, razvojem industrijske strukture, gdje kapilarne sile u raznim uređajima često imaju odlučujuću ulogu.
Jedna takva metoda za određivanje površinske napetosti temelji se na podizanju tekućine za vlaženje između dvije staklene ploče. Treba ih spustiti u posudu s vodom i postepeno spajati paralelno jedno s drugim. Voda će početi da se diže između ploča - uvući će je sila površinskog napona, koja je gore spomenuta. Lako je izračunati koeficijent površinske napetosti σ visinom uspona vode y i razmakom između ploča d.
Sila površinskog napona F= 2σ L, Gdje L- dužina ploče (dvojka se pojavila zbog činjenice da je voda u kontaktu s obje ploče). Ova sila drži sloj vodene mase m = ρ Ldu, gdje je ρ gustina vode. Dakle, 2σ L = ρ Ldug. Odavde možemo pronaći koeficijent površinskog napona σ = 1/2(ρ gdu). (1) Ali zanimljivije je učiniti ovo: stisnite ploče na jednom kraju, a ostavite mali razmak na drugom.
Voda će porasti i formirati iznenađujuće pravilnu površinu između ploča. Presjek ove površine okomitom ravninom je hiperbola. Da bismo to dokazali, dovoljno je zamijeniti novi izraz za prazninu na datom mjestu u formuli (1) umjesto d. Iz sličnosti odgovarajućih trokuta (vidi sliku 2) d = D (x/L). Evo D- razmak na kraju L je dužina ploče, i x- udaljenost od mjesta kontakta ploča do mjesta gdje se određuju razmak i visina nivoa. Dakle, σ = 1/2(ρ gu)D(x/L), ili at= 2σ L/ρ gD(1/ X). (2) Jednačina (2) je zaista hiperbolična jednačina.
Vlaženje i nekvašenje
Za detaljnije proučavanje kapilarnih fenomena treba uzeti u obzir i neke molekularne fenomene koji se nalaze na trofaznoj granici koegzistencije čvrstih, tekućih, plinovitih faza, posebno se razmatra kontakt tekućine s čvrstim tijelom. Ako su sile prianjanja između molekula tekućine veće nego između molekula čvrstog tijela, tada tekućina teži da smanji granicu (površinu) svog kontakta s čvrstim tijelom, povlačeći se od nje ako je moguće. Kap takve tekućine na horizontalnoj površini čvrste tvari poprimiće oblik spljoštene lopte. U ovom slučaju, tečnost se naziva čvrsta materija koja ne vlaže. Ugao θ koji formiraju površina čvrstog tijela i tangenta na površinu tekućine naziva se rubni ugao. Za nekvašenje θ > 90°. U ovom slučaju, čvrsta površina koja nije navlažena tekućinom naziva se hidrofobna ili oleofilna. Ako su sile prianjanja između molekula tekućine manje nego između molekula tekućine i čvrste tvari, tada tekućina teži povećanju granice kontakta s krutom tvari. U ovom slučaju, tečnost se naziva vlaženje čvrste materije; kontaktni ugao θ< 90°. Поверхность же будет носить название гидрофильная. Случай, когда θ = 180°, называется полным несмачиванием. Однако это практически никогда не наблюдается, так как между молекулами жидкости и твёрдого тела всегда действуют силы притяжения. При θ = 0° наблюдается полное смачивание: жидкость растекается по всей поверхности твёрдого тела. Полное смачивание или полное несмачиваение являются крайними случаями. Между ними в зависимости от соотношения молекулярных сил промежуточное положение занимают переходные случаи неполного смачивания.
Vlaženje i nekvačivost su relativni koncepti: tečnost koja vlaži jednu čvrstu supstancu ne može navlažiti drugu. Na primjer, voda vlaži staklo, ali ne vlaži parafin; Živa ne vlaži staklo, ali vlaži bakar.
Vlaženje se obično tumači kao rezultat djelovanja sila površinskog napona. Neka je površinski napon na granici vazduh-tečnost σ 1,2, na granici tečnost-čvrsto stanje σ 1,3, a na granici vazduh-čvrsto telo σ 2,3.
Na jedinicu dužine perimetra vlaženja djeluju tri sile, numerički jednake σ 1,2, σ 2,3, σ 1,3, usmjerene tangencijalno na odgovarajuće međusklope. U slučaju ravnoteže, sve sile moraju uravnotežiti jedna drugu. Sile σ 2,3 i σ 1,3 djeluju u ravni površine čvrstog tijela, sila σ 1,2 usmjerena je na površinu pod uglom θ.
Uslov ravnoteže za međufazne površine ima sljedeći oblik:
Vrijednost cosθ se obično naziva vlaženjem i označava slovom B.
Stanje površine ima određeni uticaj na vlaženje. Vlažnost se dramatično mijenja već u prisustvu monomolekularnog sloja ugljikovodika. Potonji su uvijek prisutni u atmosferi u dovoljnim količinama. Površinski mikroreljef također ima određeni utjecaj na vlaženje. Međutim, do danas još nije otkrivena niti jedna zakonitost utjecaja hrapavosti bilo koje površine na njeno vlaženje bilo kojom tekućinom. Na primjer, Wenzel-Deryaginova jednadžba cosθ = x cosθ0 povezuje kontaktne uglove tečnosti na hrapavim (θ) i glatkim (θ 0) površinama sa odnosom x površine prave površine hrapavog tela i njegove projekcije na ravan. Međutim, u praksi se ova jednačina ne poštuje uvijek. Dakle, prema ovoj jednačini, u slučaju vlaženja (θ<90) шераховатость должна приводить к понижению краевого угла (т.е. к большей гидрофильности), а в случае θ >90 - do njegovog povećanja (tj. do veće hidrofobnosti). Polazeći od toga, u pravilu se daju informacije o utjecaju hrapavosti na vlaženje.
Prema mnogim autorima, brzina širenja tečnosti po hrapavoj površini je manja zbog činjenice da tečnost tokom rasprostiranja doživljava efekat odlaganja nastalih neravnina (grebena) hrapavosti. Treba napomenuti da se kao glavna karakteristika vlaženja u kapilarama koristi brzina promjene prečnika mrlje formirane strogo doziranom kapljicom tečnosti nanesene na čistu površinu materijala. Njegova vrijednost zavisi i od površinskih pojava i od viskoznosti tečnosti, njene gustine i isparljivosti.
Očigledno je da se viskoznija tekućina s drugim identičnim svojstvima duže širi po površini i stoga sporije teče kroz kapilarni kanal.
Kapilarni fenomeni
Kapilarni fenomeni, skup pojava uzrokovanih površinskim naponom na granici medija koji se ne miješaju (u sistemima tekućina-tečnost, tekućina-gas ili para) u prisustvu površinske zakrivljenosti. Poseban slučaj površinskih pojava.
Nakon što smo detaljno proučili sile koje leže u osnovi kapilarnih fenomena, vrijedi prijeći direktno na kapilare. Dakle, empirijski se može primijetiti da se tekućina za vlaženje (na primjer, voda u staklenoj cijevi) diže kroz kapilaru. U ovom slučaju, što je manji radijus kapilare, to se tečnost više diže u njemu. Tečnost koja ne vlaži zidove kapilara (na primer, živa sa staklenom cevi) pada ispod nivoa tečnosti u širokoj posudi. Pa zašto se tekućina koja vlaži diže kroz kapilaru, dok se nemokraća tečnost spušta?
Nije teško primijetiti da je površina tekućine nešto zakrivljena direktno na zidovima posude. Ako molekuli tekućine u kontaktu sa stijenkom posude stupaju u interakciju s molekulima čvrstog tijela jače nego jedni s drugima, u ovom slučaju tekućina teži povećanju površine dodira s čvrstim tijelom (tečnost za vlaženje). U tom slučaju, površina tečnosti se savija i kaže se da vlaži zidove posude u kojoj se nalazi. Ako molekuli tekućine međusobno djeluju jače nego s molekulima zidova posude, tada tekućina teži smanjenju površine kontakta s čvrstim tijelom, njegova površina se zavija prema gore. U ovom slučaju se govori o nekvašenju stijenki posude tekućinom.
U uskim cijevima čiji je promjer dijelovi milimetra, zakrivljeni rubovi tekućine pokrivaju cijeli površinski sloj, a cijela površina tekućine u takvim cijevima ima oblik koji podsjeća na hemisferu. Ovo je takozvani meniskus. Može biti konkavna, što se uočava u slučaju vlaženja, i konveksna kada nije nakvašena. Polumjer zakrivljenosti površine tekućine je istog reda kao i polumjer cijevi. Fenomene vlaženja i nekvašenja u ovom slučaju karakteriše i kontaktni ugao θ između nakvašene površine kapilarne cijevi i meniskusa na mjestima njihovog dodira.
Ispod konkavnog meniskusa tečnosti za vlaženje pritisak je manji nego ispod ravne površine. Dakle, tečnost u uskoj cevi (kapilari) raste sve dok hidrostatički pritisak tečnosti podignut u kapilari na nivou ravne površine ne nadoknadi razliku pritisaka. Ispod konveksnog meniskusa tečnosti koja ne vlaži pritisak je veći nego ispod ravne površine, što dovodi do potonuća tečnosti koja ne vlaži.
Prisustvo sila površinskog napona i zakrivljenost površine tekućine u kapilarnoj cijevi je odgovorna za dodatni pritisak ispod zakrivljene površine, nazvan Laplaceov pritisak: ∆ str= ± 2σ / R.
Predznak kapilarnog pritiska ("plus" ili "minus") zavisi od predznaka zakrivljenosti. Centar zakrivljenosti konveksne površine je unutar odgovarajuće faze. Konveksne površine imaju pozitivnu krivinu, konkavne površine imaju negativnu krivinu.
Dakle, uvjet ravnoteže za tekućinu u kapilarnoj cijevi određen je jednakošću
str 0 = str 0 – (2σ / R) + ρ gh (1)
gdje je ρ gustina tečnosti, h je visina njegovog uspona u cijevi, str 0 - atmosferski pritisak.
Iz ovog izraza proizilazi da h= 2σ /ρ gR. (2)
Dobivenu formulu transformiramo izražavanjem radijusa zakrivljenosti R meniskusa kroz radijus kapilarne cijevi r.
Od sl. 6.18 iz toga slijedi r = R cosθ . Zamjenom (1) u (2) dobijamo: h= 2σ cosθ /ρ gr.
Rezultirajuća formula, koja određuje visinu uspona tekućine u kapilarnoj cijevi, naziva se Jurinova formula. Očigledno, što je manji polumjer cijevi, to se tekućina u njoj više diže. Osim toga, visina dizanja raste s povećanjem koeficijenta površinskog napona tekućine.
Porast tečnosti za vlaženje kroz kapilaru može se objasniti na drugi način. Kao što je ranije spomenuto, pod djelovanjem sila površinske napetosti, površina tekućine teži da se skupi. Kao rezultat toga, površina konkavnog meniskusa teži da se ispravi i postane ravna. Istovremeno, povlači čestice tečnosti koje leže ispod njega, a tečnost se diže u kapilaru. Ali površina tekućine u uskoj cijevi ne može ostati ravna, ona mora imati oblik konkavnog meniskusa. Čim data površina poprimi oblik meniskusa u novom položaju, opet će težiti kontrakciji i tako dalje. Kao rezultat ovih razloga, tekućina za vlaženje diže se kroz kapilaru. Podizanje će se zaustaviti kada sila gravitacije F gravitacije podignutog stupca tekućine, koja vuče površinu prema dolje, uravnoteži rezultujuću silu F sila površinske napetosti usmjerene tangencijalno na svaku tačku na površini.
Duž obima kontakta površine tekućine sa stijenkom kapilare djeluje sila površinskog napona jednaka umnošku koeficijenta površinskog napona i obima: 2σπ r, Gdje r je radijus kapilare.
Sila gravitacije koja djeluje na podignuti fluid je
F pramen = mg = ρ Vg = ρπ r^2hg
gdje je ρ gustina tečnosti; h je visina stupca tečnosti u kapilari; g- raspored gravitacije.
Dizanje tečnosti prestaje kada F pramen = F ili ρπ r^2hg= 2σπ r. Otuda visina porasta tečnosti u kapilari h= 2σ /ρ gR.
U slučaju tečnosti koja ne vlaže, potonja će, nastojeći da smanji svoju površinu, potonuti prema dolje, potiskujući tekućinu iz kapilare.
Izvedena formula je također primjenjiva na tečnost koja ne vlaže. U ovom slučaju h je visina tečnosti u kapilari.
Kapilarni fenomeni u prirodi
Kapilarni fenomeni su također vrlo česti u prirodi i često se koriste u praktičnim ljudskim aktivnostima. Drvo, papir, koža, cigla i mnogi drugi predmeti oko nas imaju kapilare. Kroz kapilare voda se diže duž stabljika biljaka i upija se u peškir kada se njome osušimo. Dizanje vode kroz najmanje rupe u komadu šećera, uzimanje krvi iz prsta su također primjeri kapilarnih fenomena.
Ljudski cirkulatorni sistem, počevši od veoma debelih krvnih sudova, završava se sa veoma širokom mrežom najtanjih kapilara. Na primjer, takvi podaci mogu biti zanimljivi. Površina poprečnog presjeka aorte je 8 cm 2 . Prečnik krvne kapilare može biti 50 puta manji od prečnika ljudske dlake dužine 0,5 mm. U tijelu odraslog čovjeka postoji oko 160 milijardi kapilara. Njihova ukupna dužina dostiže 80 hiljada km.
Kroz brojne kapilare prisutne u tlu, voda iz dubokih slojeva izlazi na površinu i intenzivno isparava. Da bi se usporio proces gubitka vlage, kapilare se uništavaju rahljenjem tla uz pomoć drljača, kultivatora, ripera.
Praktični dio
Uzmite staklenu cijev sa vrlo malim unutrašnjim prečnikom ( d < l мм), так называемый капилляр. Опустим один из концов капилляра в сосуд с водой -вода поднимется выше уровня воды в сосуде. Поверхностное натяжение способно поднимать жидкость на сравнительно большую высоту.
Porast tečnosti usled dejstva sila površinskog napona vode može se uočiti u jednostavnom eksperimentu. Uzmite čistu krpu i jedan kraj uronite u čašu vode, a drugi objesite preko ruba čaše. Voda će početi da se diže kroz pore tkanine, slično kapilarnim cijevima, i natopiti cijelu tkaninu. Višak vode će kapati sa visećeg kraja (vidi sliku 2).
Ako za eksperiment uzmete tkaninu svijetle boje, onda fotografija vrlo slabo pokazuje kako se voda širi kroz tkaninu. Takođe imajte na umu da na svim tkaninama neće curiti višak vode sa kraja koji visi. Uradio sam ovaj eksperiment dva puta. Prvi put smo koristili laganu tkaninu (pamučni dres); voda je jako dobro kapala sa visećeg kraja. Drugi put su koristili tamnu tkaninu (pletenina od miješanih vlakana - pamuk i sintetika); jasno se vidjelo kako se voda širi po tkanini, ali kapi sa visećeg kraja nisu kapale.
Uzdizanje tekućine kroz kapilare nastaje kada su sile privlačenja molekula tekućine međusobno manje od sila njihovog privlačenja molekula čvrste tvari. U ovom slučaju se kaže da tečnost vlaži čvrstu materiju.
Ako uzmete ne baš tanku epruvetu, napunite je vodom i prstom zatvorite donji kraj epruvete, možete videti da je nivo vode u cevi konkavan (slika 9).
To je rezultat činjenice da su molekuli vode snažnije privučeni molekulima zidova posude nego jedni drugima.
Ne prianjaju se sve tečnosti i ni u jednoj tubi za zidove. Takođe se dešava da tečnost u kapilari padne ispod nivoa u širokoj posudi, dok je njena površina konveksna. Za takvu tečnost se kaže da ne vlaži površinu čvrste materije. Privlačenje molekula tekućine jedni prema drugima jače je nego prema molekulima zidova posude. Tako se, na primjer, živa ponaša u staklenoj kapilari. (Sl.10)
Zaključak
Dakle, tokom ovog rada sam se uverio da:
- Kapilarni fenomeni igraju važnu ulogu u prirodi.
- Podizanje tečnosti u kapilari se nastavlja sve dok sila gravitacije koja deluje na stupac tečnosti u kapilari ne postane po apsolutnoj vrednosti jednaka rezultujućoj sili.
- Vlažna tečnost u kapilarama se diže, a nemokraća tečnost pada.
- Visina uspona tečnosti u kapilari direktno je proporcionalna njenoj površinskoj napetosti i obrnuto proporcionalna poluprečniku kapilarnog kanala i gustini tečnosti.
Među procesima koji se mogu objasniti uz pomoć površinske napetosti i vlaženja tekućina, vrijedi istaknuti kapilarne pojave. Fizika je misteriozna i izuzetna nauka bez koje bi život na Zemlji bio nemoguć. Pogledajmo najupečatljiviji primjer ove važne discipline.
U životnoj praksi, takvi procesi, zanimljivi sa stanovišta fizike, kao kapilarni fenomeni, prilično su česti. Stvar je u tome što smo u svakodnevnom životu okruženi mnogim tijelima koja lako upijaju tekućinu. Razlog tome je njihova porozna struktura i elementarni zakoni fizike, a rezultat su kapilarne pojave.
Uske cijevi
Kapilara je vrlo uska cijev u kojoj se tečnost ponaša na određeni način. U prirodi postoji mnogo primjera takvih posuda - kapilare krvotoka, porozna tijela, tlo, biljke itd.
Kapilarni fenomen je podizanje ili spuštanje tečnosti kroz uske cijevi. Takvi procesi se uočavaju u prirodnim kanalima ljudi, biljaka i drugih tijela, kao iu posebnim uskim staklenim posudama. Na slici se vidi da su u komunikacionim cijevima različite debljine uspostavljeni različiti vodostaji. Primjećuje se da što je posuda tanja, to je viši nivo vode.
Ovi fenomeni su u osnovi upijajućih svojstava ručnika, ishrane biljaka, kretanja mastila duž štapa i mnogih drugih procesa.
Kapilarni fenomeni u prirodi
Gore opisani proces izuzetno je važan za održavanje života biljaka. Tlo je prilično rastresito, između njegovih čestica postoje praznine koje su kapilarna mreža. Voda se uzdiže kroz ove kanale, hraneći korijenski sistem biljaka vlagom i svim potrebnim tvarima.
Kroz iste kapilare tekućina aktivno isparava, pa je potrebno preorati zemlju, što će uništiti kanale i zadržati hranjive tvari. Suprotno tome, stisnuta zemlja će brže ispariti vlagu. To je zbog važnosti oranja zemlje kako bi se zadržala podzemna tekućina.
Kod biljaka kapilarni sistem osigurava podizanje vlage od malih korijena do najgornjih dijelova, a preko listova isparava u vanjsku sredinu.
Površinski napon i vlaženje
Pitanje ponašanja tekućina u posudama temelji se na fizičkim procesima kao što su površinski napon i vlaženje. Kapilarni fenomeni uzrokovani njima se proučavaju u kompleksu.
Pod dejstvom sile površinskog napona, vlaženje tečnosti u kapilarama je iznad nivoa na kojem bi trebalo da bude po zakonu komunikacionih sudova. Obrnuto, tvar koja ne vlaže se nalazi ispod ovog nivoa.
Dakle, voda u staklenoj cijevi (tečnost za vlaženje) se diže na veću visinu, što je posuda tanja. Naprotiv, živa u staklenoj cijevi (tečnost koja ne kvasi) pada što niže, što je ta posuda tanja. Osim toga, kao što je prikazano na slici, tekućina za vlaženje formira konkavni oblik meniskusa, dok nemokraća tekućina formira konveksni.
vlaženje
Ovo je fenomen koji se javlja na granici gdje tečnost dolazi u kontakt sa čvrstim materijalom (druga tečnost, gasovi). Nastaje zbog posebne interakcije molekula na granici njihovog kontakta.
Potpuno vlaženje znači da se kap širi po površini čvrste tvari, a nekvašenje je pretvara u kuglu. U praksi se najčešće susreće jedan ili drugi stepen vlaženja, a ne ekstremne opcije.
Sila površinskog napona
Površina kapi ima sferni oblik, a razlog tome je zakon koji djeluje na tečnosti – površinski napon.
Kapilarni fenomeni nastaju zbog činjenice da konkavna strana tekućine u cijevi teži da se ispravi u ravno stanje zbog sila površinskog napona. Ovo je praćeno činjenicom da vanjske čestice vuku tijela ispod sebe prema gore, a supstanca se diže u cijev. Međutim, tekućina u kapilari ne može poprimiti ravan oblik površine i ovaj proces podizanja se nastavlja do određene točke ravnoteže. Da biste izračunali visinu na koju će se stub vode podići (pasti), trebate koristiti formule koje će biti predstavljene u nastavku.
Proračun visine uspona vodenog stupca
Trenutak zaustavljanja dizanja vode u uskoj cijevi nastaje kada sila gravitacije R težina tvari uravnoteži silu površinskog napona F. Ovaj trenutak određuje visinu dizanja tekućine. Kapilarne pojave uzrokuju dvije višesmjerne sile:
- sila gravitacije P lanac uzrokuje da tečnost tone;
- površinski napon F gura vodu gore.
Sila površinskog napona koja djeluje duž kruga gdje je tekućina u kontaktu sa stijenkama cijevi jednaka je:
gdje je r polumjer cijevi.
Sila gravitacije koja djeluje na tečnost u cijevi je:
P lanac = ρπr2hg,
gdje je ρ gustina tečnosti; h je visina stupca tečnosti u cijevi;
Dakle, tvar će prestati rasti, pod uvjetom da je P težak = F, što znači da
ρπr 2 hg = σ2πr,
dakle visina tečnosti u cevi je:
Slično za tečnost koja ne vlaže:
h je visina pada tvari u cijevi. Kao što se može vidjeti iz formula, visina na koju se voda diže u uskoj posudi (pada) obrnuto je proporcionalna polumjeru posude i gustoći tekućine. Ovo se odnosi na tečnost za vlaženje i nekvašenje. U drugim uslovima potrebno je izvršiti korekciju oblika meniskusa, što će biti prikazano u narednom poglavlju.
Laplaceov pritisak
Kao što je već napomenuto, tečnost u uskim cevima ponaša se tako da se stiče utisak da krši zakon o komunikacionim sudovima. Ova činjenica uvijek prati kapilarne pojave. Fizika to objašnjava uz pomoć Laplasovog pritiska, koji je tečnošću za vlaženje usmeren prema gore. Spuštanjem vrlo uske cijevi u vodu, promatramo kako se tečnost povlači do određenog nivoa h. Prema zakonu o komunikacionim posudama, morao je da bude u ravnoteži sa spoljnim nivoom vode.
Ovo neslaganje se objašnjava smjerom Laplasovog pritiska p l:
U ovom slučaju je usmjeren prema gore. Voda se uvlači u cijev do nivoa na kojem je u ravnoteži sa hidrostatskim pritiskom pg vodenog stupca:
a ako je p l = p g, tada možete izjednačiti dva dijela jednadžbe:
Sada je visinu h lako izvesti kao formulu:
Kada se vlaženje završi, tada meniskus, koji čini konkavnu površinu vode, ima oblik hemisfere, gdje je Ɵ=0. U ovom slučaju, radijus sfere R će biti jednak unutrašnjem radijusu kapilare r. Odavde dobijamo:
A u slučaju nepotpunog vlaženja, kada je Ɵ≠0, polumjer kugle se može izračunati po formuli:
Tada će potrebna visina, uz korekciju za ugao, biti jednaka:
h=(2σ/pqr)cos Ɵ .
Iz prikazanih jednačina može se vidjeti da je visina h obrnuto proporcionalna unutrašnjem polumjeru cijevi r. Najveću visinu voda dostiže u posudama prečnika ljudske dlake, koje se nazivaju kapilare. Kao što znate, tečnost za vlaženje se uvlači, a nemokraća tečnost se potiskuje nadole.
Eksperiment se može napraviti uzimanjem komunikacijskih posuda, pri čemu je jedna široka, a druga vrlo uska. Ulivajući vodu u nju, može se uočiti drugačiji nivo tečnosti, au varijanti sa vlažnom supstancom nivo u uskoj cevi je veći, a kod nemokrih - niži.
Značaj kapilarnih fenomena
Bez kapilarnih fenomena postojanje živih organizama jednostavno je nemoguće. Kroz najmanje žile ljudsko tijelo prima kisik i hranjive tvari. Korijenje biljaka je mreža kapilara koje vlagu iz zemlje vuku do najviših listova.
Jednostavno čišćenje u domaćinstvu nemoguće je bez kapilarnih pojava, jer prema ovom principu tkanina upija vodu. Ručnik, mastilo, fitilj u uljanici i mnogi uređaji rade na ovoj osnovi. Kapilarne pojave u tehnologiji igraju važnu ulogu u sušenju poroznih tijela i drugim procesima.
Ponekad te iste pojave daju neželjene posljedice, na primjer, pore cigle apsorbiraju vlagu. Kako bi se izbjegla vlaga zgrada pod utjecajem podzemnih voda, temelj je potrebno zaštititi uz pomoć hidroizolacijskih materijala - bitumena, filca ili filca.
Močenje odeće tokom kiše, na primer, pantalona do kolena od hodanja kroz lokve, takođe je posledica kapilarnih pojava. Mnogo je primjera ovog prirodnog fenomena oko nas.
Eksperimentišite sa bojama
Primjeri kapilarnih fenomena se mogu naći u prirodi, posebno kada su u pitanju biljke. Njihova debla imaju mnogo malih posuda unutra. Možete eksperimentirati s bojanjem cvijeta u bilo koju svijetlu boju kao rezultat kapilarnih pojava.
Treba uzeti vodu jarke boje i bijeli cvijet (ili list pekinškog kupusa, stabljiku celera) i staviti u čašu sa ovom tekućinom. Nakon nekog vremena, na listovima pekinškog kupusa možete vidjeti kako se boja pomiče prema gore. Boja biljke će se postepeno menjati u zavisnosti od boje u koju je stavljena. To je zbog kretanja tvari prema stabljikama prema zakonima koje smo razmotrili u ovom članku.
Promjena nivoa u cijevima, uskim kanalima proizvoljnog oblika, poroznim tijelima. Do porasta tekućine dolazi kada se kanali navlaže tekućinama, na primjer, vodom u staklenim cijevima, pijeskom, zemljom itd. Do smanjenja tekućine dolazi u cijevima i kanalima koji nisu navlaženi tekućinom, na primjer, živa u staklena cijev.
Na osnovu kapilarnosti zasniva se vitalna aktivnost životinja i biljaka, hemijske tehnologije i svakodnevni fenomeni (na primjer, podizanje kerozina duž fitilja u kerozinskoj lampi, brisanje ruku ručnikom). Kapilarnost tla određena je brzinom kojom se voda diže u tlu i ovisi o veličini razmaka između čestica tla.
Tanke cijevi se nazivaju kapilare, kao i najtanje žile u ljudskom tijelu i drugim životinjama (vidi Kapilara (biologija)).
vidi takođe
Književnost
- Prokhorenko P. P. Ultrazvučni kapilarni efekat / P. P. Prokhorenko, N. V. Dezhkunov, G. E. Konovalov; Ed. V. V. Klubovich. 135 str. Minsk: Nauka i tehnologija, 1981.
Linkovi
- Gorin Yu. V. Indeks fizičkih efekata i fenomena za korištenje u rješavanju inventivnih problema (TRIZ alat) // Poglavlje. 1.2 Površinski napon tečnosti. Kapilarnost.
Wikimedia fondacija. 2010 .
Pogledajte šta je "Capillar (fizika)" u drugim rječnicima:
Riječ kapilara se koristi za označavanje vrlo uskih cijevi kroz koje tečnost može proći. Za više detalja pogledajte članak Kapilarni efekat. Kapilara (biologija) Najmanji tip krvnih sudova. Kapilara (fizika) Kapilara ... ... Wikipedia
Landauov kriterijum za superfluidnost je odnos između energija i momenta elementarnih pobuda sistema (fonona), koji određuje mogućnost njegovog boravka u superfluidnom stanju. Sadržaj 1 Formulacija kriterija 2 Izvođenje kriterija ... Wikipedia
Eksterne jedinice split sistemi i kondenzatori (ventilatorski rashladni tornjevi) komercijalne rashladne opreme na jednom stalku Oprema za klimatizaciju i rashladnu opremu zasnovanu na radu rashladnih mašina... Wikipedia
Promjena temperature plina kao rezultat njegovog sporog protoka pod djelovanjem konstantnog pada tlaka kroz prigušnicu je lokalna prepreka protoku plina (kapilara, ventil ili porozna pregrada koja se nalazi u cijevi na putu ... .. .
To je bezbojna prozirna tečnost koja ključa na atmosferskom pritisku na temperaturi od 4,2 K (tečnost 4He). Gustina tečnog helijuma na temperaturi od 4,2 K je 0,13 g/cm³. Ima nizak indeks loma, zbog ... ... Wikipedia
Efekat izlivanja, pojava razlike pritiska Δp u superfluidnoj tečnosti, zbog temperaturne razlike ΔT (vidi Superfluidnost). T. e. manifestuje se u tečnom superfluidnom helijumu u razlici nivoa tečnosti u dve posude, ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Svako od nas se lako može sjetiti mnogih tvari koje smatra tekućinama. Međutim, nije tako lako dati tačnu definiciju ovog stanja materije, budući da tekućine imaju takva fizička svojstva da u nekim aspektima ... ... Collier Encyclopedia
Kapilarnost (od latinskog capillaris hair), kapilarni efekat je fizički fenomen, koji se sastoji u sposobnosti tečnosti da menjaju nivo u cevima, uskim kanalima proizvoljnog oblika, poroznim tijelima. Porast tečnosti javlja se u slučajevima ... ... Wikipedia
