Явление каппилярности

Явление капиллярности. Капиллярные явления впервые исследованы Леонардо да Винчи (1561), Б.  Паскалем (17 в.) и Дж. Жюреном (18 в.) в опытах с капиллярными трубками. Теория  капиллярных явлений развита в работах П. Лапласа (1806), Т. Юнга (1804), А. Ю.  Давыдова (1851), Дж. У. Гиббса (1876), И. С. Громеки (1879, 1886).  Капилляр– это очень узкая трубка, в которой жидкость ведет себя особым  образом.  Капиллярным явлением называется подъем или опускание жидкостей по  узким трубкам. На картинке видно, что в сообщающихся трубках разной толщины  установился разный уровень воды.  Вогнутая или выгнутая часть жидкости на поверхности воды называется  мениском. В основе вопроса о поведении жидкости в сосудах лежат такие физические  процессы, как поверхностное натяжение и смачивание.  Смачивание ­это явление, которое происходит на границе, где жидкость  соприкасается с твердым телом (другой жидкостью, газами). Оно возникает по причине особого взаимодействия молекул на границе их контакта. Полное смачивание означает, что капля растекается по поверхности твердого тела, а несмачивание преобразует ее в  сферу. На практике чаще всего встречается та или иная степень смачивания, нежели  крайние варианты.  Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам  твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Например, вода  смачивает чистое стекло и не смачивает парафин. Если молекулы жидкости  притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость  называют не смачивающей это вещество. Ртуть не смачивает стекло, однако она  смачивает чистые медь и цинк.  Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями,  например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т.п. Понижение жидкости  происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в  стеклянной трубке. Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что жидкость в  равновесии имеет минимально возможную площадь поверхности. Жидкость ведет себя  так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие  (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного  натяжения. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести,  действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю  результирующей Fн сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы  соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: Fт = Fн, где  Fт = mg =  h rρ π 2g,  Fн =  2 rσ π  cos θ Отсюда следует:  Из формулы видно, что высота h тем больше, чем меньше внутренний радиус  трубки r. Подъем воды имеет значительную величину в трубках, внутренний диаметр  которых соизмерим с диаметром волоса (или еще меньше); поэтому такие трубки  называют капиллярами (от греческого «капиллярис» — волосной, тонкий). Капиллярные явления можно наблюдать не только в трубках, но и в узких щелях.  Если опустить в воду две стеклянные пластины так, чтобы между ними образовалась  узкая щель, то вода между пластинами поднимется, и тем выше, чем ближе они  расположены. Капиллярные явления играют большую роль в природе и  технике. Множество мельчайших капилляров имеется в растениях. В деревьях по  капиллярам влага из почвы поднимается до вершин деревьев, где 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   капиллярно­пористых   тел   и   т.   п.   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. Прикладывая промокательную бумагу, удаляют излишек чернил с письма, хлопчатобумажной или льняной тряпкой вытирают мокрые места на столе или на полу. Применение   полотенец,   салфеток   возможно   только   благодаря   наличию   в   них капилляров.  В бумажной промышленности приходится учитывать капиллярность при изготовлении различных сортов бумаги. Например, при изготовлении писчей бумаги ее пропитывают специальным составом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, в промокательной бумаге, в перьях для подачи чернил и т. п.