Капиллярность

Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках или зазорах получило название капиллярности. (Лат. capillus) означает волос. Капилляр – «трубка, тонкая, как волос»).

Если опустить капилляр в смачиваемую жидкость, то под действием лапласовского давления жидкость в нем поднимается (рис.9.14). Между жидкостью в капилляре и широком сосуде устанавливается разность уровней h, при которой капиллярное (добавочное) давление уравновешивается гидростатическим:

.

где R – радиус мениска. Выразим радиус мениска через краевой угол q и радиус капилляра r: . Тогда высота поднятия жидкости в капилляре:

.

Смачивающая жидкость (q<p/2, cos q>0) поднимается по капилляру(рис.9.14 - вода), и эта формула дает положительное значение h, а несмачивающая жидкость (q>p/2, cos q<0) опускается по капилляру(рис.9.14 - ртуть), и формула дает отрицательные значения h. Из полученного выражения видно, что высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу. В тонких капиллярах жидкость поднимается достаточно высоко.

Рассмотрим поднятие смачивающей жидкости между двумя пластинами, разделенными узким зазором d. Если пластины параллельны, то мениск имеет цилиндрическую форму. Высота капиллярного подъема в этом случае также определяется из условия равенства лапласовского Δр и гидростатического давлений. Для цилиндрической поверхности R₁=R - радиус цилиндра, R₂=Ґ, поэтому избыточное давление за счет искривления поверхности: , тогда высота капиллярного подъема в этом случае:

.

Капиллярные явления имеют большое значение в природе и технике. Например, влагообмен в почве и в растениях осуществляется за счет поднятия воды по тончайшим капиллярам. В капилляре переменного сечения капля смачиваемой жидкости под воздействием разности лапласовских давлений втягивается в сторону его утончения. Этим объясняется так называемое расклинивающее действие смачивающих жидкостей: жидкости, проникая в микротрещины, увеличивают их и тем самым понижают прочность твердых тел. На капиллярности основано действие фитилей, впитывание влаги бетоном и т.д.

Дата добавления: 2014-11-18