Капиллярными явлениями принято называть эффекты, происходящие в очень тонких трубках, называемых капиллярами. В рамках школьной физики к капиллярным явлениям относят изменение уровня жидкости в трубке (рис. 1). Поместим трубку в воду, и, по условию сообщающихся сосудов, уровень жидкости в трубке будет равным уровню вне, однако за счёт капиллярных явлений этот уровень повышается (или понижается). Кстати, именно из-за этого жидкость по стволу дерева поднимается от корней к листам
Разберёмся с данным эффектом. На молекулу в жидкости (белая) действуют другие молекулы (они её притягивают). Все молекулы притягивают нашу молекулу (аналог сил поверхностного натяжения). Плотности веществ в различных агрегатных состояниях различны, тогда суммарная сила, действующая на нашу молекулу, очень мала, со стороны жидкой фазы немного больше, а со стороны твёрдой стенки достаточно велика. Просуммировав все силы, получим избыточную силу, направленную из жидкости в стенку. В итоге, края жидкости приподнимаются и образуется мениск (искривлённая поверхность).
Подъём жидкости (рис. 2) заканчивается, когда давление поднятого капиллярным явлением столба жидкости уравновешивается избыточным гидростатическим давлением (). Избыточное давление от капиллярного явления:
(1)
- где
- — избыточное капиллярное давление,
- — коэффициент поверхностного натяжения жидкости (табличная величина),
- — радиус капилляра.
Тогда:
(2)
- где
- — коэффициент поверхностного натяжения жидкости (табличная величина),
- — радиус капилляра,
- — плотность жидкости,
- м/с — ускорение свободного падения (константа),
- — избыточная высота от капиллярного явления.
Вывод: фактически все задачи на тему капиллярные явления связаны с формулами (1) и (2).