Ce este un capilar în fizică. Umidificare și capilaritate

Fenomene capilare, fenomene de suprafață la interfața unui lichid cu un alt mediu asociat cu curbura suprafeței acestuia. Curbura suprafeței lichide la limita cu faza gazoasă are loc ca urmare a acțiunii tensiunii superficiale a lichidului, care tinde să scurteze interfața și să confere volumului limitat de lichid o formă sferică. Deoarece bila are o suprafață minimă pentru un volum dat, această formă corespunde energiei minime de suprafață a lichidului, adică. starea sa de echilibru stabil. În cazul unor mase suficient de mari de lichid, efectul tensiunii superficiale este compensat de gravitație, astfel încât un lichid cu vâscozitate scăzută ia rapid forma vasului în care este turnat și este liber. suprafața pare aproape plană.

În absența gravitației sau în cazul unor mase foarte mici, lichidul ia întotdeauna o formă sferică (picătură), a cărei curbură a suprafeței este determinată de plural. proprietățile materiei. Prin urmare, fenomenele capilare sunt clar exprimate și joacă un rol semnificativ în condiții de imponderabilitate, în timpul zdrobirii lichidului în mediu gazos (sau atomizării gazului într-un lichid) și formării unor sisteme formate din multe picături sau bule (emulsii, aerosoli). , spume), cu apariția unei noi faze de picături de lichid în timpul condensării vaporilor, bule de vapori în timpul fierberii, nuclee de cristalizare. Când un lichid intră în contact cu corpuri condensate (un alt lichid sau un solid), curbura interfeței are loc ca urmare a tensiunii interfeței.

În cazul umezirii, de exemplu, când un lichid intră în contact cu peretele solid al unui vas, forțele de atractivitate care acționează între moleculele solidului și lichidului fac ca acesta să se ridice de-a lungul peretelui vasului, ca urmare din care porţiunea de suprafaţă a lichidului adiacent peretelui ia formă concavă. În canalele înguste, de exemplu, capilarele cilindrice, se formează un menisc concav - o suprafață complet curbată a lichidului (Fig. 1).

Orez. 1. Ridicare capilara la inaltime h lichid care umezește pereții unui capilar de rază r; q este unghiul de contact.

Presiunea capilară.

Deoarece forțele de tensiune superficială (interfacială) sunt direcționate tangențial la suprafața lichidului, curbura acestuia din urmă duce la apariția unei componente direcționate în volumul lichidului. Ca urmare, apare presiunea capilară, a cărei valoare Dp este legată de raza medie de curbură a suprafeței r 0 prin ecuația Laplace:

Dp = p 1 - p 2 = 2s 12 /r 0 , (1)

unde p 1 și p 2 - presiunea in lichidul 1 si faza vecina 2 (gaz sau lichid), s 12 - tensiune de suprafata (interfaciala).

Dacă suprafața lichidului este concavă (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) semnul lui Dp este inversat. Presiunea capilară negativă, care apare atunci când pereții capilarului sunt umeziți cu lichid, duce la faptul că lichidul va fi aspirat în capilar până când greutatea coloanei de lichid este mare. h nu va echilibra diferența de presiune Dp. Într-o stare de echilibru, înălțimea creșterii capilare este determinată de formula Jurin:

unde r 1 și r 2 sunt densitățile lichidului 1 și ale mediului 2, g este accelerația gravitației, r este raza capilarului, q este unghiul de contact. Pentru lichidele care nu umezesc pereții capilari, cos q< 0, что приводит к опусканию жидкости в капилляре ниже уровня плоской поверхности (h < 0).

Din expresia (2) rezultă definiția constantei capilare a lichidului A= 1/2. Are dimensiunea lungimii și caracterizează dimensiunea liniară Z[A, la care fenomenele capilare devin semnificative. Deci, pentru apa la 20 ° C a = 0,38 cm.La gravitate slabă (g: 0) valoare A crește. În zona de contact cu particulele, condensarea capilară duce la contracția particulelor sub acțiunea presiunii reduse Dp< 0.

Ecuația lui Kelvin.

Curbarea suprafeței lichidului duce la o modificare a presiunii de echilibru a vaporilor deasupra acesteia R comparativ cu presiunea aburului saturat ps deasupra unei suprafețe plane la aceeași temperatură T. Aceste modificări sunt descrise de ecuația Kelvin:

unde este volumul molar al lichidului, R este constanta gazului. Scăderea sau creșterea presiunii vaporilor depinde de semnul curburii suprafeței: deasupra suprafețelor convexe (r 0 > 0) p>ps; peste concav (r 0< 0) R< р s . . Astfel, deasupra picăturilor este crescută presiunea vaporilor; în bule, dimpotrivă, se reduce.

Pe baza ecuației Kelvin, se calculează umplerea capilarelor sau a corpurilor poroase la condensare capilară. Din moment ce valorile R sunt diferite pentru particule de diferite dimensiuni sau pentru zone ale suprafeței care au depresiuni și proeminențe, ecuația (3) determină și direcția de transfer al materiei în timpul trecerii sistemului la o stare de echilibru. Acest lucru duce, în special, la faptul că picăturile sau particulele relativ mari cresc datorită evaporării (dizolvării) celor mai mici, iar neregularitățile de suprafață ale corpurilor necristaline sunt netezite datorită dizolvării proeminențelor și vindecării depresionelor. Diferențele vizibile de presiune a vaporilor și solubilitate apar numai la r 0 suficient de mic (pentru apă, de exemplu, la r 0. Prin urmare, ecuația Kelvin este adesea folosită pentru a caracteriza starea sistemelor coloidale și a corpurilor poroase și a proceselor din acestea.

Orez. 2. Mișcarea lichidului pe o lungime lîntr-un capilar cu raza r; q - unghiul de contact.

Impregnarea capilară.

O scădere a presiunii sub meniscurile concave este unul dintre motivele mișcării capilare a lichidului către meniscurile cu o rază de curbură mai mică. Un caz special în acest sens este impregnarea corpurilor poroase - absorbția spontană a lichidelor în porii liofili și capilare (Fig. 2). Viteză v mișcarea meniscului într-un capilar situat orizontal (sau într-un capilar vertical foarte subțire, când influența gravitației este mică) este determinată de ecuația Poiseuille:

Unde l- lungimea secțiunii de lichid absorbit, h - vâscozitatea acestuia, Dp - căderea de presiune în secțiune l, egală cu presiunea capilară a meniscului: Dp = - 2s 12 cos q/r. Dacă unghiul de contact q nu depinde de viteză v, se poate calcula cantitatea de lichid absorbita in timp t din raportul:

l(t) = (rts 12 cos q/2h) l/2 . (5)

Dacă q este o funcție v, Acea lȘi v sunt conectate prin dependențe mai complexe.

Ecuațiile (4) și (5) sunt utilizate pentru a calcula viteza de impregnare la tratarea lemnului cu antiseptice, vopsirea țesăturilor, aplicarea catalizatorilor pe medii poroase, extracția prin leșiere și difuzie a componentelor valoroase ale rocilor etc. Pentru a accelera impregnarea, agenții tensioactivi sunt adesea folosite care îmbunătățesc umezirea prin reducerea unghiului de contact q. Una dintre opțiunile pentru impregnarea capilară este deplasarea unui lichid dintr-un mediu poros cu altul, care nu se amestecă cu primul și udă mai bine suprafața porilor. Aceasta este baza, de exemplu, a metodelor de extragere a uleiului rezidual din rezervoare cu soluții apoase de agenți tensioactivi și a metodelor de porozimetrie cu mercur. Absorbția capilară în porii soluțiilor și deplasarea din pori lichide nemiscibile, însoțite de adsorbția și difuzia componentelor, sunt considerate de hidrodinamica fizico-chimică.

Pe lângă stările de echilibru descrise ale unui lichid și mișcarea acestuia în pori și capilare, fenomenele capilare includ și stări de echilibru ale unor volume foarte mici de lichid, în special straturi subțiri și pelicule. Aceste fenomene capilare sunt adesea numite fenomene capilare de tip II. Ele sunt caracterizate, de exemplu, prin dependența tensiunii superficiale a lichidului de raza picăturilor și de tensiunea liniară. Fenomenele capilare au fost studiate pentru prima dată de Leonardo da Vinci (1561), B. Pascal (secolul al XVII-lea) și J. Jurin (secolul al XVIII-lea) în experimente cu tuburi capilare. Teoria fenomenelor capilare a fost dezvoltată în lucrările lui P. Laplace (1806), T. Young (1804), A. Yu. Davydov (1851), J. W. Gibbs (1876), I. S. Gromeka (1879, 1886). Dezvoltarea teoriei fenomenelor capilare de al doilea fel a început cu lucrările lui B.V. Deryagin și L.M. Shcherbakov.

Dacă vă place să beți cocktailuri sau alte băuturi dintr-un pai, probabil ați observat că atunci când unul dintre capete este scufundat în lichid, nivelul băuturii din acesta este puțin mai mare decât într-o ceașcă sau un pahar. De ce se întâmplă asta? De obicei oamenii nu se gândesc la asta. Dar fizicienii au putut de mult să studieze bine astfel de fenomene și chiar le-au dat propriul nume - fenomene capilare. A venit rândul nostru să aflăm de ce se întâmplă acest lucru și cum se explică acest fenomen.

De ce apar fenomene capilare?

În natură, tot ceea ce se întâmplă are o explicație rezonabilă. Dacă lichidul se umezește (de exemplu, apă într-un tub de plastic), se va ridica în sus, iar dacă nu se umezește (de exemplu, mercur într-un balon de sticlă), va coborî. Mai mult, cu cât raza unui astfel de capilar este mai mică, cu atât înălțimea lichidului va crește sau va coborî mai mare. Ce explică astfel de fenomene capilare? Fizica spune că ele apar ca urmare a influenței forțelor Dacă te uiți cu atenție la stratul de suprafață de lichid dintr-un capilar, vei observa că forma acestuia este un fel de cerc. De-a lungul marginii sale, așa-numita tensiune superficială se exercită pe pereții tubului. Mai mult, pentru un lichid de umectare, vectorul său de direcție este îndreptat în jos, iar pentru un lichid care nu se umezește, este îndreptat în sus.

Potrivit celui de-al treilea, inevitabil provoacă o presiune opusă egală ca mărime cu aceasta. Aceasta este ceea ce face ca lichidul dintr-un tub îngust să se ridice sau să scadă. Aceasta explică tot felul de fenomene capilare. Cu toate acestea, probabil că mulți oameni au deja o întrebare logică: „Când se va opri creșterea sau scăderea lichidului?” Acest lucru se va întâmpla atunci când forța gravitației, sau forța lui Arhimede, echilibrează forța care face ca lichidul să se miște prin tub.

Cum pot fi utilizate fenomenele capilare?

Aproape fiecare elev este familiarizat cu una dintre aplicațiile acestui fenomen, care a devenit larg răspândit în producția de articole de papetărie. Probabil ai ghicit deja asta despre care vorbim O

Designul său vă permite să scrieți în aproape orice poziție, iar semnul subțire și clar de pe hârtie a făcut de mult acest articol foarte popular în rândul fraternității de scris. de asemenea, utilizat pe scară largă în agricultură pentru a regla mișcarea și a reține umiditatea în sol. După cum știți, solul în care se cultivă culturile are o structură liberă, în care există spații înguste între particulele sale individuale. În esență, acestea nu sunt altceva decât capilare. Prin ele, apa curge spre sistemul radicular si asigura plantelor umiditatea necesara si sarurile benefice. Cu toate acestea, pe aceste căi, apa din sol se ridică și se evaporă destul de repede. Pentru a preveni acest proces, capilarele trebuie distruse. Tocmai de aceea solul este afânat. Și uneori apare situația opusă atunci când este necesară creșterea mișcării apei prin capilare. În acest caz, solul este rulat, iar din acest motiv numărul canalelor înguste crește. În viața de zi cu zi, fenomenele capilare sunt utilizate într-o varietate de circumstanțe. Utilizarea hârtiei absorbante, a prosoapelor și a șervețelelor, utilizarea fitilelor în și în tehnologie - toate acestea sunt posibile datorită prezenței canalelor lungi înguste în compoziția lor.

Dintre procesele care pot fi explicate folosind tensiunea superficială și umezirea lichidelor, merită evidențiate fenomenele capilare. Fizica este o știință misterioasă și extraordinară, fără de care viața pe Pământ ar fi imposibilă. Să ne uităm la cel mai izbitor exemplu al acestei discipline importante.

În practica de viață, procese atât de interesante din punctul de vedere al fizicii, cum ar fi fenomenele capilare, apar destul de des. Ideea este că în Viata de zi cu zi Suntem înconjurați de multe corpuri care absorb ușor lichidul. Motivul pentru aceasta este structura lor poroasă și legile elementare ale fizicii, iar rezultatul sunt fenomene capilare.

Tuburi înguste

Un capilar este un tub foarte îngust în care lichidul se comportă într-un mod special. Există multe exemple de astfel de vase în natură - capilare ale sistemului circulator, corpuri poroase, sol, plante etc.

Fenomenul capilar este ridicarea sau scăderea lichidelor prin tuburi înguste. Astfel de procese sunt observate în canalele naturale ale oamenilor, plantelor și altor corpuri, precum și în vase speciale de sticlă înguste. Imaginea arată că s-au stabilit diferite niveluri de apă în tuburi comunicante de diferite grosimi. Se observă că cu cât vasul este mai subțire, cu atât nivelul apei este mai mare.

Aceste fenomene stau la baza proprietăților absorbante ale unui prosop, nutriția plantelor, mișcarea cernelii de-a lungul tijei și multe alte procese.

Fenomene capilare în natură

Procesul descris mai sus este extrem de important pentru menținerea vieții plantelor. Solul este destul de afânat; între particulele sale există goluri, care reprezintă o rețea capilară. Apa se ridică prin aceste canale, hrănind sistemul radicular al plantelor cu umiditate și toate substanțele necesare.

Prin aceleași capilare, lichidul se evaporă în mod activ, deci este necesar să se ară pământul, care va distruge canalele și va reține. nutrienți. În schimb, solul presat va evapora umiditatea mai repede. Aceasta explică importanța arăturii solului pentru a reține fluidul din subsol.

La plante, sistemul capilar asigură că umiditatea se ridică de la rădăcini mici până la părțile superioare, iar prin frunze se evaporă în mediul extern.

Tensiune superficială și umezire

Problema comportamentului lichidelor din vase se bazează pe procese fizice precum tensiunea superficială și umezirea. Fenomenele capilare provocate de acestea sunt studiate în complex.

Sub influența tensiunii superficiale, fluidul de umectare din capilare este peste nivelul la care ar trebui să fie conform legii vaselor comunicante. În schimb, substanța care nu udă este situată sub acest nivel.

Astfel, apa dintr-un tub de sticlă (lichid de umectare) se ridică la o înălțime mai mare cu cât vasul este mai subțire. Dimpotrivă, cu cât recipientul este mai subțire, cu atât mercurul este mai mic într-o eprubetă de sticlă (un lichid neumeziv). În plus, așa cum este indicat în imagine, lichidul de umectare formează o formă concavă a meniscului, iar lichidul care nu udă formează o formă convexă.

Udare

Acesta este un fenomen care are loc la limita unde un lichid intră în contact cu un solid (alt lichid, gaze). Apare din cauza interacțiunii speciale a moleculelor la limita contactului lor.

Udarea completă înseamnă că picătura se răspândește pe suprafața unui solid, în timp ce neumezirea o transformă într-o sferă. În practică, unul sau altul grad de umectare este mai frecvent decât opțiunile extreme.

Forța de tensiune superficială

Suprafața picăturii are o formă sferică și motivul pentru aceasta este legea care acționează asupra lichidelor - tensiunea superficială.

Fenomenele capilare se datorează faptului că partea concavă a lichidului din tub tinde să se îndrepte la o stare plată din cauza forțelor de tensiune superficială. Acest lucru este însoțit de faptul că particulele exterioare transportă în sus corpurile de sub ele, iar substanța se ridică în tub. Cu toate acestea, lichidul din capilar nu poate lua o formă de suprafață plană, iar acest proces de creștere continuă până la un anumit punct de echilibru. Pentru a calcula înălțimea la care se va ridica (cădea) coloana de apă, trebuie să utilizați formulele care vor fi prezentate mai jos.

Calculul înălțimii coloanei de apă

Momentul în care se oprește ridicarea apei într-un tub îngust apare atunci când forța gravitațională P a substanței echilibrează forța tensiunii superficiale F. Acest moment determină înălțimea ridicării lichidului. Fenomenele capilare sunt cauzate de două forțe direcționate diferit:

• forța gravitației P șuvița forțează lichidul să cadă;
• Forța de tensiune superficială F mișcă apa în sus.

Forța de tensiune superficială care acționează în jurul cercului în care lichidul este în contact cu pereții tubului este egală cu:

unde r este raza tubului.

Forța gravitațională care acționează asupra lichidului din tub este:

Catena P = ρπr2hg,

unde ρ este densitatea lichidului; h este înălțimea coloanei de lichid din tub;

Deci, substanța va înceta să crească cu condiția ca P grea = F, ceea ce înseamnă că

ρπr 2 hg = σ2πr,

prin urmare, înălțimea lichidului din tub este:

În mod similar, pentru un lichid neumeziv:

h este înălțimea substanței din tub. După cum se poate observa din formule, înălțimea la care se ridică (cad) apa dintr-un vas îngust este invers proporțională cu raza recipientului și cu densitatea lichidului. Acest lucru se aplică lichidelor umede și neumezive. În alte condiții, este necesar să se facă o ajustare pentru forma meniscului, care va fi prezentată în capitolul următor.

Presiunea Laplace

După cum sa menționat deja, lichidul din tuburile înguste se comportă în așa fel încât pare că legea vaselor comunicante este încălcată. Acest fapt însoțește întotdeauna fenomenele capilare. Fizica explică acest lucru folosind presiunea Laplace, care este îndreptată în sus atunci când lichidul este umezit. Coborând un tub foarte îngust în apă, observăm cum lichidul este atras la un anumit nivel h. Conform legii vaselor comunicante, acesta trebuia echilibrat cu nivelul apei din exterior.

Această discrepanță este explicată prin direcția presiunii Laplace p l:

În acest caz, este îndreptată în sus. Apa este atrasă în tub până la un nivel în care se echilibrează cu presiunea hidrostatică p g a coloanei de apă:

iar dacă p l =p g, atunci putem echivala cele două părți ale ecuației:

Acum, înălțimea h poate fi derivată cu ușurință sub formă de formulă:

Când umezirea este completă, atunci meniscul, care formează suprafața concavă a apei, are forma unei emisfere, unde Ɵ=0. În acest caz, raza sferei R va fi egală cu raza internă a capilarului r. De aici obținem:

Și în cazul umezării incomplete, când Ɵ≠0, raza sferei poate fi calculată folosind formula:

Apoi, înălțimea dorită, corectată pentru unghi, va fi egală cu:

h=(2σ/pqr)cos Ɵ .

Din ecuațiile prezentate reiese clar că înălțimea h este invers proporțională cu raza internă a tubului r. Apa atinge cea mai mare înălțime în vase cu diametrul unui păr uman, care se numesc capilare. După cum se știe, un fluid de umectare este tras în sus, iar un fluid care nu udă este împins în jos.

Puteți efectua un experiment luând vase comunicante, unde una dintre ele este lată, iar cealaltă este foarte îngustă. După ce ați turnat apă în ea, puteți observa un nivel diferit de lichid, iar în versiunea cu o substanță umedă nivelul în tubul îngust este mai mare, iar cu o substanță care nu umezește este mai scăzut.

Importanța fenomenelor capilare

Fără fenomene capilare, existența organismelor vii este pur și simplu imposibilă. Prin cele mai mici vase corpul uman primește oxigen și substanțe nutritive. Rădăcinile plantelor sunt o rețea de capilare care atrag umiditatea din sol, aducându-l la frunzele de sus.

Curățarea simplă a gospodăriei este imposibilă fără fenomene capilare, deoarece, conform acestui principiu, materialul absoarbe apa. Un prosop, cerneală, un fitil într-o lampă cu ulei și multe dispozitive funcționează pe această bază. Fenomenele capilare joacă un rol în tehnologie rol important la uscarea corpurilor poroase și a altor procese.

Uneori, aceleași fenomene dau consecințe nedorite, de exemplu, porii cărămizii absorb umiditatea. Pentru a evita umezirea clădirilor sub influența panza freatica, trebuie să protejați fundația cu materiale de hidroizolație - bitum, pâslă de acoperiș sau pâslă de acoperiș.

Udarea hainelor în timpul ploii, de exemplu, pantalonii până la genunchi de la mersul prin bălți, se datorează și fenomenelor capilare. Există multe exemple ale acestui fenomen natural în jurul nostru.

Experimentați cu flori

Exemple de fenomene capilare pot fi găsite în natură, mai ales când vine vorba de plante. Trunchiurile lor au multe vase mici în interior. Puteți experimenta cu colorarea unei flori în oricare culoare aprinsa ca urmare a fenomenelor capilare.

Trebuie să luați apă viu colorată și floare albă(sau foaie varza chinezeasca, tulpina de telina) si asezati intr-un pahar cu acest lichid. După ceva timp, puteți observa cum vopseaua se mișcă în sus pe frunzele de varză chinezească. Culoarea plantei se va schimba treptat în funcție de vopseaua în care este plasată. Acest lucru se datorează mișcării substanței în sus pe tulpini, conform legilor pe care le-am discutat în acest articol.

Ești sigur că înțelegi cum funcționează un prosop obișnuit? Sau de ce lipiciul lipește suprafețele împreună? Sau de ce arde o lumânare? De ce este mult mai eficient să te speli pe mâini cu săpun decât fără săpun? Veți primi răspunsuri la toate aceste întrebări la adresa această lecție. Pentru că toate, într-un fel sau altul, sunt asociate cu umezirea suprafețelor și fenomene capilare.

2. Cunoscând coeficientul de tensiune superficială a apei și densitatea acesteia, determinați diametrul unei pipete medicale obișnuite pe baza înălțimii coloanei de apă care se ridică de-a lungul pipetei fără capac de cauciuc.

3. Luați în considerare următoarele întrebări și răspunsurile lor:

Lista de întrebări și răspunsuri

Întrebare: Cum depinde efectul capilar de lungimea tubului?

Răspuns: Efectul capilar nu depinde în niciun fel de lungimea tubului. Uitați-vă la formula pentru determinarea înălțimii lichidului din tub. Această formulă nu include lungimea tubului.

Întrebare: Cum este diferit procesul de umezire pe Pământ și într-o navă spațială?

Răspuns: Nimic, deoarece procesul de umectare are loc datorită forțelor de interacțiune dintre moleculele lichide și nu depind de prezența sau absența greutății.

Întrebare: Cum altfel poți observa fenomenele capilare experimental?

Răspuns: Luați un șiret și puneți un capăt într-un pahar cu apă. După ceva timp, apa se va ridica prin fibrele subțiri ale șiretului, iar toată șiretul va fi umedă.

Întrebare: De ce nu se poate face? mașină cu mișcare perpetuă„, care ar lucra asupra efectului capilar?

Răspuns:Într-adevăr, se pare că este posibil să construim o mașină cu mișcare perpetuă folosind efectul capilar dacă luăm un tub de înălțime mai mică decât înălțimea coloanei de lichid. Cu toate acestea, picătura de deasupra tubului nu va curge în jos, deoarece va fi reținută de aceleași forțe de tensiune superficială care l-au ridicat. Prin urmare, o astfel de „mașină cu mișcare perpetuă” nu va funcționa.

Întrebare: Cum se va comporta o picătură într-un capilar de grosime variabilă?

Răspuns: Dacă lichidul udă capilarul, acesta se va deplasa în direcția scăderii grosimii capilarului, dar dacă lichidul nu udă capilarul, atunci se va deplasa în direcția creșterii grosimii capilarului. (Pentru o justificare detaliată, vezi I.M. Gelfgat, L.E. Gendenshtein, L.A. Kirik. 1001 probleme de fizică cu instrucțiuni și soluții, problema 10.40)

La interfața dintre un corp lichid și un corp solid, apar fenomene de umectare sau neumezire din cauza interacțiunii moleculelor lichide cu moleculele solide:

Fig. 1 Fenomene de umectare (a) și neumezire (b) a suprafeței unui corp solid prin lichid (unghi de contact)

Deoarece fenomenele de umezire și neumezire sunt determinate de proprietățile relative ale substanțelor unui lichid și a unui solid, același lichid poate fi umezitor pentru un solid și neumeziv pentru altul. De exemplu, apa udă sticla, dar nu udă parafina.

O măsură cantitativă a umezării este unghi de contact unghiul format de suprafața unui solid și o tangentă trase la suprafața unui lichid în punctul de contact (lichidul se află în interiorul unghiului).

La umezire, cu cât unghiul este mai mic, cu atât umezirea este mai puternică. Dacă unghiul de contact este zero, se numește umezire completă sau perfectă. Cazul de umezire ideală poate fi descris aproximativ ca împrăștierea alcoolului pe o suprafață curată de sticlă. În acest caz, lichidul se răspândește pe suprafața solidului până acoperă întreaga suprafață.

În caz de neumezire, cu cât unghiul este mai mare, cu atât este mai puternică neumezirea. La valoarea unghiului de contact se observă neumezirea completă. În acest caz, lichidul nu se lipește de suprafața solidului și se rostogolește ușor de pe acesta. Un fenomen similar poate fi observat atunci când încercăm să spălăm o suprafață grasă. apă rece. Proprietățile de curățare ale săpunului și ale pulberilor sintetice se explică prin faptul că soluția de săpun are o tensiune superficială mai mică decât apa. Tensiunea de suprafață mare a apei o împiedică să pătrundă în porii mici și în spațiile dintre fibrele țesăturii.

Fenomenele de umezire și neumedare joacă un rol important în viața umană. În timpul proceselor de producție, cum ar fi lipirea, vopsirea și lipirea, este foarte important să se asigure umezirea suprafeței. În timp ce asigurarea neumezirii este foarte importantă atunci când se creează hidroizolații și se sintetizează materiale impermeabile. În medicină, fenomenele de umezire sunt importante pentru asigurarea mișcării sângelui prin capilare, respirație și alte procese biologice.

Fenomenele de umezire și neumezire se manifestă clar în tuburi înguste - capilarele.

Fenomene capilare

DEFINIȚIE

Fenomene capilare- este creșterea sau scăderea lichidului în capilare în comparație cu nivelul lichidului din tuburile largi.

Lichidul de umectare urcă prin capilar. Lichidul care nu udă pereții vasului se scufundă în capilar.

Înălțimea h a lichidului care se ridică prin capilar este determinata de relatia:

unde este coeficientul tensiunii superficiale a lichidului; densitatea lichidului; raza capilară, accelerația de cădere liberă.

Adâncimea la care coboară lichidul în capilar se calculează folosind aceeași formulă.

DEFINIȚIE

Suprafața curbată a unui lichid se numește menisc.

Sub un menisc concav al unui fluid de umectare, presiunea este mai mică decât sub o suprafață plană. Prin urmare, lichidul din capilar se ridică până atunci. până când presiunea hidrostatică a lichidului ridicat în capilar la nivelul suprafeţei plane compensează diferenţa de presiune. Sub meniscul convex al lichidului neumeziv, presiunea este mai mare decât sub suprafața plană, ceea ce face ca lichidul să se scufunde în capilar.

Putem observa fenomene capilare atât în ​​natură, cât și în viața de zi cu zi. De exemplu, solul are o structură liberă și între particulele sale individuale există goluri, care sunt capilare. Când udați prin capilare, apa se ridică la sistemul radicular al plantelor, furnizându-le umiditate. De asemenea, apă în sol, urcând prin capilare. se evaporă. Pentru a reduce eficiența evaporării, reducând astfel pierderea de umiditate, solul este afânat, distrugând capilarele. În viața de zi cu zi, fenomenele capilare sunt utilizate atunci când ștergeți o suprafață umedă cu un prosop de hârtie sau un șervețel.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Într-un tub capilar cu o rază de 0,5 mm, lichidul crește cu 11 mm. Aflați densitatea acestui lichid dacă coeficientul său de tensiune superficială este .
Soluţie	de unde provine densitatea lichidului: Să convertim unitățile în sistemul SI: raza tubului; înălțimea de ridicare a lichidului; coeficientul tensiunii superficiale a lichidului. Accelerația gravitației . Să calculăm:
Răspuns	Densitatea lichidului

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Aflați masa de apă care se ridică printr-un tub capilar cu un diametru de 0,5 mm.
Soluţie	Înălțimea lichidului care se ridică prin capilar este determinată de formula: Densitatea lichidului: Volumul coloanei de lichid care se ridică prin capilar este calculat ca volumul unui cilindru cu înălțimea și aria bazei: Înlocuind raportul pentru volumul unei coloane de lichid în formula pentru densitatea lichidului, obținem: Luând în considerare ultima relație, precum și faptul că raza capilarului, înălțimea lichidului care se ridică de-a lungul capilarului: Din ultima relație găsim masa lichidului: Să convertim unitățile în sistemul SI: diametrul tubului. Accelerația gravitației . Coeficientul de tensiune superficială al apei. Să calculăm:
Răspuns	Masa de apă care se ridică prin tubul capilar kg.