Капиллярные явления (капиллярность)

Искривление свободной поверхности жид­кости происходит вследствие взаимодействия молекул жидкости и твердого тела. Силы взаимодействия между молекулами жидкости стараются ее выпрямить, поскольку силы поверхностного натяжения стремятся сделать поверхность как можно меньшей. В связи с этим в жидкости возникает дополнительное, так называемое лапласовское давление (названо в честь выдающегося французского физика П. Лапласа (1749—1827), который впервые его вычислил), на­правленное на выравнивание свободной по­верхности: для вогнутого мениска — из жидкости, наружу, для выпуклого — внутрь, в жидкость.

Для сферической формы свободной по­верхности жидкости лапласовское давление равно:

p_Л = 2σ / R,

где σ — поверхностное натяжение жидкос­ти, R — радиус сферической поверхности.

Рис. 3.11. Капиллярные явления

В тонких трубках, которые называются капиллярами, лапласовское давление спо­собствует поднятию уровня жидкости в них или его снижению. Например, если тонкую стеклянную трубку опустить в воду, то уро­вень воды в ней будет выше, чем основной, поскольку вода смачивает стекло (рис. 3.11, а). Точно так же, если ее погрузить в ртуть, то в результате несмачивания ртутью поверх­ности стекла уровень будет ниже (рис. 3.11, б).

Явления всасывания жидкости в трубку при смачивании или вытеснении ее из нее при несмачивании называются капиллярными.

Высота поднятия жидкости в капиллярной трубке h определяется уравновешиванием лапласовского и гидростатического давлений:

2σ / R = ρgh,

где ρ — плотность жидкости, σ — поверхност­ное натяжение.

Если предположить, что жидкость пол­ностью смачивает (или не смачивает) по­верхность капилляра, то ее мениск будет иметь сферическую форму, радиус которой R равен радиусу капилляра r (рис. 3.11, в). Тогда высота подъема (опускания) уровня жидкости в капилляре будет равна: Материал с сайта http://worldof.school

h = 2σ / ρgr.

Капиллярные явления играют значитель­ную роль в природе, в быту и технике. Бла­годаря им происходят процессы питания растений, увлажнения почвы подземными водами. Их используют в различных техни­ческих устройствах, при сушке пористых ве­ществ, для измерения поверхностного на­тяжения разных жидкостей. В строительном деле их учитывают при изоляции фунда­мента от самого здания, прокладывая между ними не смачиваемые водой материалы (рубероид).

На этой странице материал по темам:

• Доклад о капиллярных явлениях в природе по физике

• Физика капиллярных явлений задачи

• Какие бывают капиллярности в природе

• Примеры капиллярных явлений в природе

• Капиллярный закон физики

Вопросы по этому материалу:

• Что такое капиллярные явления?

• От чего зависит высота подъема (опускания) жидкости в ка­пилляре? Как можно использовать ее для определения поверх­ностного натяжения?

• Приведите примеры проявления капиллярных явлений в природе.