3. Капиллярность. Капиллярные явления в природе и технике
Искривление поверхности жидкости в узких трубках приводит к кажущемуся нарушении закона сообщающихся сосудов. Если в воду опустить узкую стеклянную трубку, то вода втягивается в трубку и её уровень устанавливается на высоте h над уровнем воды вне трубки. Объясняется это тем, что лапласовское давление рл в трубке направлено вверх. Оно и втягивает воду до тех пор, пока не окажется уравновешенным гидростатическим давлением рг столба воды в трубке высотой h, равным
(90), так как
При полном смачивании мениск в узкой трубке имеет форму полусферы и радиус сферической поверхности R равен внутреннему радиусу трубки r, тогда
(92)
При неполном смачивании радиус мениска
(93)
рис. 27
Из этой формулы видно, что высота h тем больше, чем меньше внутренний радиус трубки r. Подъём воды особенно значителен в трубках, внутренний диаметр которых соизмерим с диаметром волоса или ещё меньше, поэтому такие трубки называются капиллярами (от греческого «капиллярис» - волосной, тонкий).
Смачивающая жидкость в капиллярах поднимается вверх (рис. 27, а), а не смачивающая – опускается вниз (рис. 27, б). Явления, обусловленные втягиванием смачивающих жидкостей в капилляры или выталкиванием не смачивающих жидкостей из капилляров, называют капиллярными явлениями.
Капиллярные явления играют большую роль в природе и в технике. Множество мельчайших капилляров имеется в растениях. В деревьях по капиллярам влага из почвы поднимается до вершины деревьев и 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.д. 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 её пропитывают специальным составом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, промокательной бумаге, перьях для подачи чернил.
Вопросы для самоконтроля:
Определение смачивающей и не смачивающей жидкости. Примеры.
Определение краевого угла. Каков краевой угол для смачивающих и не смачивающих жидкостей?
Определение и виды менисков для смачивающей и не смачивающей жидкостей.
Почему возникает лапласовское давление и куда оно направлено для смачивающей и не смачивающей жидкостей? Формула для расчёта лапласовского давления.
Определение капилляра.
Формула для расчёта высоты подъёма жидкости в капилляре. Каков физический смысл данной формулы?
Расскажите о капиллярных явлениях. Какова их роль в природе и технике?
Почему мокрые руки плохо вытираются шерстяной или шёлковой тканью?
Между рядами посевов стремятся чаще рыхлить почву, разрушая тем самым образующуюся корку. Почему этот вид работ часто называют «сухим поливом»?
В сыром грунте в следах от шагов человека или от телеги появляется влага. Почему?
Почему роса на листьях некоторых растений выпадает в виде шариков, тогда как листья других растений она покрывает тонким слоем. Ответ поясните.
Почему нельзя писать чернилами на жирной бумаге?