68. Капілярні явища. Сила поверхневого натягу, висота підняття рідини в капілярі.

КАПІЛЯРНІ ЯВИЩА - поверхневі явища на межі рідини і твердого тіла, що стикаються між собою; викликані, головним чином, дією сил поверхневого натягу; напр., піднімання або опускання рівня рідини (і утворення меніска) у тонких трубках, занурених у рідину, на яку діє сила ваги; завдяки капілярним явищам відбувається рух соків у рослинах, води у ґрунті.

Капілярний ефект - явище підвищення або зниження рівня рідини у капілярах в порівнянні з тим значенням, яке вимагає закон сполучених посудин.

Капілярний ефект виникає через зниження або збільшення тиску рідини під меніском, який утворюється при змочуванні рідиною стінок капіляра.

Величина підвищення або зниження h залежить від радіуса капіляра r, а також від кута змочування рідиною стінок θ

,

де γ - коефіцієнт поверхневого натягу рідини, ρ - густина рідини, g - прискорення вільного падіння.

Приклад капілярного ефекту - всмоктування пролитої води серветкою.

Найбільш характерною властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню. На кожну молекулу рідини діють сили притягання сусідніх молекул. Ці сили для молекул, що знаходяться всередині рідини, взаємно скомпенсовані (рис.3.3.7). Рівнодійна ж сил притягання, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні розділу, напрямлена вниз (всередину рідини), тобто молекули поверхні мають так звану надлишкову поверхневу енергію. На поверхні утворюється дефіцит молекул, через що відстань між молекулами набагато більша від норми, тому поверхневий шар рідини розтягнутий і між молекулами на поверхні діють сили притягання або сили поверхневого натягу. Мінімальну поверхню серед тіл певного об'єму має куля. Тому за відсутності (або дуже малої) дії сил рідина набуває форми кулі.

Підтвердженням цього є дослід Плато з руху краплини аніліну в посудині з рідиною, густина якої дорівнює густині аніліну.

Коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює відношенню сили поверхневого натягу F_пов до довжини лінії l, що обмежує поверхню розділу і вздовж якої вона діє по дотичній в кожній точці, перпендикулярно до будь-якого елемента лінії розділу середовищ:

У СІ [s] = Н/м.

сили поверхневого натягу виконують роботу, що дорівнює за модулем і протилежна за знаком зміні енергії поверхневого шару DE:

A = - DE = - sDS, де DS - зміна площі поверхневого шару рідини; s - коефіцієнт поверхневого натягу. З рівності знаходимо:

Отже, коефіцієнт поверхневого натягу рідини чисельно дорівнює роботі ізотермічного утворення одиниці поверхні рідини за її незмінного об'єму. За цих умов у СІ [s] = Дж/м2

Поверхне́вий на́тяг — фізичне явище, суть якого в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі. Характеризується коефіцієнтом поверхневого натягу.

Завдяки силам поверхневого натягу краплі рідини приймають максимально близьку до сферичної форми, виникає капілярний ефект, деякі комахи можуть ходити по воді.

Поверхневий натяг виникає як у випадку поверхні розділу між рідиною й газом, так і у випадку поверхні розділу двох різних рідин.

Своєю появою сили поверхневого натягу завдячують поверхневій енергії.