Капиларни феномени (физика). Капиларни феномени у природи

Међу процесима који се могу објаснити помоћу површинске напетости и влажења течности, ваља нагласити капиларне феномене. Физика је мистериозна и изванредна наука, без које би живот на Земљи био немогућ. Погледајмо најјаснији пример ове важне дисциплине.

У животној пракси, таква занимљива са становишта физичких процеса, као што су капиларне појаве, прилично су честа појава. Чињеница је да смо у свакодневном животу окружени многим тијелима која лако упијају текућину. Разлог томе је њихова порозна структура и елементарни закони физике, а резултат су капиларне појаве.

Нарров тубе

Капилара је врло уска цев у којој се флуид понаша на посебан начин. Има много примера таквих судова у природи - капилара циркулационог система, порозних тела, тла, биљака итд.

Капиларни феномен је подизање или спуштање течности дуж уских цеви. Такви процеси се уочавају у природним каналима људи, биљака и других тијела, као иу посебним уским стакленим посудама. Слика показује да су у комуникационим цевима различите дебљине успостављени различити нивои воде. Примећује се да што је брод тањи, то је виши ниво воде.

Ове појаве су основа апсорпционих својстава пешкира, исхране биљака, кретања мастила дуж језгре и многих других процеса.

Капиларни феномени у природи

Горе описани процес је изузетно важан за одржавање биљног живота. Тло је прилично лабаво, постоје празнине између његових честица, које су капиларна мрежа. Вода се уздиже дуж ових канала, храни коренски систем биљака влагом и свим неопходним супстанцама.

За исте капиларе, течност активно испарава, па је неопходно да се оре земља, што ће уништити канале и задржати хранљиве материје. И обрнуто, пресована земља ће брже испарити влагу. Ово објашњава важност обрађивања тла како би се задржале подземне воде.

У биљкама, капиларни систем обезбеђује пораст влаге од малих корена до најгорњих делова, а кроз лишће испарава у спољашње окружење.

Површинска напетост и влажење

У средишту питања понашања течности у посудама су физички процеси као што су површинска напетост и влажење. Капиларни феномени због њих су проучавани у комбинацији.

Под дејством силе површинске напетости, течност за влажење у капиларама је изнад нивоа на коме би требало да буде у складу са законом који се односи на судове који комуницирају. Супротно томе, супстанца која се не влажи налази се испод овог нивоа.

Тако се вода у стакленој цевчици (течност за влажење) подиже на већу висину, што је тањи суд. Напротив, жива у стакленој епрувети (течност која не влажи) спушта се нижа, што је тај капацитет слабији. Поред тога, као што је приказано на слици, течност за влажење формира конкавни облик мениска, а невлажење - конвексно.

Веттинг

Ово је феномен који се дешава на граници где течност долази у контакт са чврстом материјом (друга течност, гасови). Она настаје због посебне интеракције молекула на граници њиховог контакта.

Потпуно влажење значи да се капи шире преко површине чврстог материјала, а невлажење га претвара у сферу. У пракси, овај или онај степен влажења се чешће сусреће него екстремне опције.

Сила површинске напетости

Површина капљице има сферни облик, а разлог томе је закон који делује на течност, површински напон.

Феномен капилара је последица чињенице да конкавна страна течности у цеви настоји да се исправи до равног стања због сила површинског напона. Ово је праћено чињеницом да спољашње честице носе тела испод њих горе са њима, а супстанца се уздиже до цеви. Међутим, течност у капилари не може попримити раван облик површине и овај процес подизања се наставља до одређеног тренутка равнотеже. Да бисте израчунали висину на којој се водени ступац диже (пада), морате користити формуле које ће бити приказане у наставку.

Израчунавање висине успона воденог ступца

Тренутак заустављања пораста воде у уској цеви долази када гравитација П супстанце супстанце еквилибрира силу површинске напетости Ф. Овај тренутак одређује висину подизања течности. Капиларни феномени су последица две различите силе:

• Путеви гравитације П доводе до пада течности;
• сила површинске напетости Ф помиче воду горе.

Сила површинске напетости која делује око обода, где је течност у контакту са зидовима цеви, једнака је:

Ф = σ2πр,

где је р полупречник цеви.

Тежина која делује на флуид у цеви је:

П ти = ρπр2хг,

где је ρ густина течности; х је висина колоне течности у цеви;

Дакле, супстанца ће престати да расте, под условом да је П _тешка = Ф, што значи да

ρπр ² хг = σ2πр,

стога је висина флуида у цеви једнака:

х = 2σ / пкр.

Слично за флуид за влажење:

х је висина спуштања супстанце у епрувети. Као што се може видети из формула, висина на коју се вода уздиже у уској посуди (понори) обрнуто је пропорционална радијусу резервоара и густине течности. Ово се односи на течност за влажење и невлажење. Под другим условима потребно је извршити корекцију према облику менискуса, што ће бити представљено у наредном поглављу.

Лаплацеов притисак

Као што је већ речено, флуид у уским цевима понаша се на такав начин да даје утисак кршења закона о комуницирању посуда. Ова чињеница увек прати капиларне појаве. Физика то објашњава уз помоћ Лаплацеовог притиска, који је усмерен навише флуидом за влажење. Стављањем веома уске цеви у воду, посматрамо како се течност повлачи до одређеног нивоа х. Према закону о комуницирању пловила, морао је бити уравнотежен са спољним нивоом воде.

Ова разлика се објашњава правцем Лаплацеовог притиска п _л :

п _л = 2σ / Р,

У овом случају, она је усмјерена према горе. Вода се увлачи у цев до нивоа где се успоставља равнотежа са хидростатским притиском п _г воденог стуба:

п _г = пкх

и ако је п _л = п _г , онда можете изједначити два дела једначине:

2σ / Р = пкх.

Сада је висина х лако извести као формула:

х = 2σ / пкР.

Када је влажење завршено, онда је мениск, који формира конкавну површину воде, у облику полукугле, где је Ɵ = 0. У овом случају, радијус сфере Р ће бити једнак унутрашњем радијусу капилара р. Одавде добијамо:

х = 2σ / пкр.

А у случају непотпуног квашења, када је,, 0, радијус сфере може се израчунати по формули:

Р = р / цосƟ.

Тада ће жељена висина, која има корекцију за угао, бити једнака:

х = (2σ / пкр) цос .

Из приказаних једначина може се видети да је висина х обрнуто пропорционална унутрашњем радијусу цеви р. Вода достиже своју максималну висину у посудама које имају пречник људске косе, које се називају капиларе. Као што знате, течност за влажење се извлачи, а невлажна течност се потискује.

Експеримент можете спровести тако што ћете узети комуникационе судове, од којих је једна широка, а друга веома уска. Када се улије у воду, могуће је уочити различит ниво течности, ау варијанти са влажном супстанцом ниво у уској цеви је већи, а код невлажног је нижи.

Значај капиларних феномена

Без капиларних феномена, постојање живих организама је једноставно немогуће. Људско тијело прима преко кисеоника и храњивих твари преко најмањих посуда. Коријени биљака - мрежа капилара, која вуче влагу из тла, доводећи је до горњих листова.

Једноставно кућно чишћење је немогуће без капиларних феномена, јер на овом принципу тканина упија воду. Ручник, мастило, фитиљ у уљној лампи и разни уређаји раде на тој основи. Капиларни феномени у технологији играју важну улогу у сушењу порозних тијела и других процеса.

Понекад ове исте појаве изазивају нежељене последице, на пример, поре цигле упијају влагу. Да бисте избегли влагу у зградама под утицајем подземних вода, потребно је заштитити темељ хидроизолационим материјалима - битуменом, кровним филцем или кровним папиром.

Дренажа на киши, на пример, панталоне до колена од ходања по локвама такође је последица капиларних феномена. Постоје многи примери овог природног феномена око нас.

Експериментишите са цвећем

Примјери капиларних феномена могу се наћи у природи, посебно када су у питању биљке. Њихови сандуци имају много малих судова. Можете провести експеримент са бојањем цвијећа у било којој свијетлој боји као резултат капиларних феномена.

Потребно је узети ведро обојену воду и бијели цвијет (или Пекиншки лист купуса, стабљику целера) и ставити га у чашу с овом текућином. После извесног времена на листовима пекиншког купуса може се видети како се боја помера. Боја биљке ће се постепено мењати у складу са бојом у којој се налази. То је због кретања супстанце до стабљика у складу са законима које смо разматрали у овом чланку.