Капиллярные явления

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

Капиллярные явления

Рис. 1. Капиллярные явления

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).

Избыточное давление

Рис. 2. Избыточное давление

Подъём жидкости (рис. 2) заканчивается, когда давление поднятого капиллярным явлением столба жидкости уравновешивается избыточным гидростатическим давлением (\displaystyle p=\rho gh). Избыточное давление от капиллярного явления:

\displaystyle {{p}_{m}}=\frac{2\sigma }{R} (1)

  • где
    • \displaystyle {{p}_{m}} — избыточное капиллярное давление,
    • \displaystyle \sigma — коэффициент поверхностного натяжения жидкости (табличная величина),
    • \displaystyle R — радиус капилляра.

Тогда:

\displaystyle \rho gh=\frac{2\sigma }{R}\Rightarrow h=\frac{2\sigma }{\rho gR} (2)

  • где
    • \displaystyle \sigma — коэффициент поверхностного натяжения жидкости (табличная величина),
    • \displaystyle R — радиус капилляра,
    • \displaystyle \rho — плотность жидкости,
    • \displaystyle g=10 м/с\displaystyle ^{2} — ускорение свободного падения (константа),
    • \displaystyle h — избыточная высота от капиллярного явления.

Вывод: фактически все задачи на тему капиллярные явления связаны с формулами (1) и (2).

Добавить комментарий