Reklama

Капиллярность.Капиллярные явления в природе и технике

Искривление поверхности жидкости в узких трубках приводит к кажущемуся нарушению закона сообщающихся сосудов. Если в воду опустить узкую стеклянную трубку (рис. 10.10, а), то вода втягивается в трубку и ее уровень располагается на высоте h над уровнем воды вне трубки. Объясняется это тем, что лапласовское давление рЛ в трубке направлено вверх.

IMG_20140519_00уу05_cr

Оно и втягивает воду вверх до тех пор, пока не окажется уравновешенным гидростатическим давлением рГ столба воды в трубке высотой h, равным рГ=pgh. Поскольку рЛ =2σ/R, то при рЛ =p имеем 2σ/R=pgh, откуда

IMG_201уу40519_0005_cr

При полном смачивании (Ɵ=0) мениск в узкой трубке имеет форму полусферы и радиус сферической поверхности R в (10.5) равен внутреннему радиусу трубки r; тогда

IMG_201выы40519_0005_cr

При неполном смачивании (Ɵ≠0) радиус мениска R=r/cosƟ (рис. 10.10, в) и

IMG_20140519ввв0005_cr

Из (10.5а, б) видно, что высота h тем больше, чем меньше внутренний радиус трубки r. Подъем воды имеет значительную величину н трубках, внутренний диаметр которых соизмерим с диаметром голоса (или еще меньше); поэтому такие трубки называют капиллярами (от греческого «капиллярис» — волосной, тонкий). Смачивающая жидкость в капиллярах поднимается вверх (рис. 10.10, а), а несмачивающая — опускается вниз (рис. 10.10, б). Явления, обусловленные втягиванием смачивающих жидкостей в капилляры или выталкиванием несмачивающих жидкостей из капилляров, называются капиллярными явлениями.

В сообщающихся сосудах можно наблюдать различные уровни жидкости, если один из сосудов широкий, а другой достаточно узкий (рис. 10.11, а — смачивающая жидкость, б —несмачивающая жидкость).

IMG_20140519_0005в_cr

Капиллярные явления можно наблюдать не только в трубках, но и в узких щелях. Если опустить в воду две стеклянные пластины так, чтобы между ними образовалась узкая щель, то вода между пластинами поднимется, и тем выше, чем ближе они расположены. Капиллярные явления играют большую роль в природе и технике. Множество мельчайших капилляров имеется в растениях. В деревьях по капиллярам влага из почвы поднимается до вершин деревьев, где через листья испаряется в атмосферу. В почве имеются капилляры, которые тем уже, чем плотнее почва. Вода по этим капиллярам поднимается до поверхности и быстро испаряется, а земля становится сухой. Ранняя весенняя вспашка земли разрушает капилляры, т. е. сохраняет подпочвенную влагу и увеличивает урожай.

В технике капиллярные явления имеют огромное значение, например, в процессах сушки капиллярно-пористых тел и т. п. Большое значение капиллярные явления имеют в строительном деле. Например, чтобы кирпичная стена не сырела, между фундаментом дома и стеной делают прокладку из вещества, в котором нет капилляров. В бумажной промышленности приходится учитывать капиллярность при изготовлении различных сортов бумаги. Например, при изготовлении писчей бумаги ее пропитывают специальным составом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, в промокательной бумаге, в перьях для подачи чернил и т. п.

Reklama