Капиллярные явления

Если поместить узкую трубку (капилляр) одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд (см. рисунок 17.9), то из – за смачивания или несмачивания жидкостью материала стенок капиллярной (волосяной) трубки, кривизна поверхности жидкости в капилляре становится значительной.

Рис. 17.9. Капиллярные явления: а) – для смачивающей жидкости; б) – для несмачивающей жидкости. (Трофимова, рис. 101, стр. 133).

Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри её поверхность жидкости – мениск – имеет вогнутую форму, а если не смачивает, то выпуклую (см. рисунок 17.9).

Как мы уже знаем из формулы Паскаля, под вогнутой поверхностью жидкости появится отрицательное избыточное (или недостаточное?) давление в соответствии с формулой (17.21), которое будет поднимать жидкость в капилляре, так как под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет. Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то поверхность мениска будет выпуклой и положительное избыточное давление приведёт к опусканию жидкости в капилляре (рис. 17.9 б).

Жидкость в капилляре будет подниматься или опускаться на такую высоту h, при которой давление столба жидкости (гидростатическое давление), равное ρgh, будет уравновешиваться избыточным давлением Δ P:

, (17.23)

где ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – высота подъёма жидкости в капилляре.

Если r – радиус капилляра, θ – краевой угол смачивания, то радиус кривизны поверхности R = r / cos θ (см. рис. 17.9 а), так что:

. (17.24)

Для многих жидкостей cos θ ≈ 1 в случае смачивания, так что с достаточной степенью точности можно считать, что:

. (17.25)

Дата добавления: 2014-01-20