Capilaritate în ajutoarele de învățare a dicționarelor de fizică
Creșterea lichidelor în tuburi înguste (capilare) sau cavități este cunoscută sub numele de capilaritate. Puteți de ex. urmăriți imediat dacă țineți o bucată de zahăr cu un colț în ceai sau cafea.
Următoarele se aplică capilarității: cu cât un tub sau o cavitate este mai îngustă, cu atât crește, de exemplu, apa. Cauza capilarității sunt forțele moleculare și tensiunea superficială rezultată a lichidului.
Există, de asemenea, lichide în care apare efectul opus, adică lichidul nu se ridică într-un tub îngust, ci mai degrabă cade.
Presiunea gravitațională și presiunea de contact
# Presiunea de contact # presiunea grea # pascalul # ursul # atmosferele # presiunea aerului # densitatea
Faptul că o bucată de zahăr se absorb cu ceai, chiar dacă țineți doar o bucată mică de zahăr în ceai, este un rezultat al capilarității. Efectul de aspirație al anumitor cârpe sau creșterea apei în pământ este cauzat și de capilaritate
Pereții umezi dintr-o casă apar atunci când pereții fundației, care se află în pământul umed, nu sunt suficient de izolați. Apoi, apa se poate ridica treptat prin porii din cărămizi și poate duce la pereți umezi. Singurul lucru care ajută aici este izolarea pereților fundației cu straturi impermeabile la apă.
Dacă puneți apă colorată într-un vas cu tuburi conectate, care au o secțiune transversală foarte diferită, atunci devine clar că cu cât raza tubului este mai mică, cu atât apa crește mai mare.
Derivarea creșterii capilare h
Experimentul prezentat în Figura 1 arată că creșterea capilară h într-un capilar depinde de raza sa r. Modul în care poate fi calculat trebuie acum derivat.
Apa din tub (Fig. 2) care se află deasupra nivelului apei are forța de greutate:
F G = m Fl ⋅ g m Fl masa lichidului supernatant g accelerație gravitațională (factor spațial)
Masa lichidului supernatant poate fi înlocuită de produsul volumului și densității sale. Atunci se aplică următoarele:
Volumul bucății de capilar considerate poate fi calculat ca cel al unui cilindru. Prin inserare, urmează:
Aici, h este înălțimea necesară de urcare. Coloana de lichid este în repaus, adică există un echilibru de forțe. Forța care contracarează forța de greutate este forța F rezultată din tensiunea superficială. Următoarele se aplică acestei forțe:
F = 2 π ⋅ σ ⋅ r σ tensiunea superficială r raza capilarului
Acum putem echivala cele două forțe:
F = F G 2 π ⋅ σ ⋅ r = π ⋅ r 2 ⋅ h ⋅ ρ ⋅ g
Scurtarea și dizolvarea în funcție de înălțimea creșterii h duc la relația căutată
h = 2 σ ρ ⋅ g ⋅ r σ tensiune superficială ρ densitatea lichidului g factor de localizare r raza capilarului
Pentru o anumită substanță, înălțimea de creștere depinde doar de raza tubului.
Trebuie remarcat faptul că această relație se aplică numai în cazul unui lichid complet umed. Un lichid de umectare este mai mare la margine decât în mijlocul unui vas. Formează o picătură lenticulară pe o suprafață plană. Acest lucru se aplică de exemplu pentru apă.
Un lichid care nu udă, pe de altă parte, este mai jos într-un vas la margine decât în mijloc. Formează mici globule pe o suprafață plană. Un astfel de lichid neumectant este de ex. Mercur. Următorul efect apare cu astfel de lichide care nu umezesc: Într-un capilar, lichidul nu se ridică, ci mai degrabă se scufundă. Acest lucru poate fi ușor arătat folosind exemplul de mercur.
Exemplu de apă
Creșterea capilară a apei se calculează pentru un tub cu raza de 1 mm. Densitatea apei este de 1 g cm 3 = 1.000 kg m 3 și tensiunea superficială este de 0,07 N m .
Atunci se aplică următoarele pentru înălțimea de creștere: h = 2 σ ρ ⋅ g ⋅ r Introducerea valorilor numerice are ca rezultat: h = 2 ⋅ 0,07 N ⋅ m -1 1 mm ⋅ 1000 kg ⋅ m -3 ⋅ 9,81 m ⋅ s 2 h ≈ 14,3 mm ¯
În condițiile date, apa ar avea aproximativ 14 mm înălțime.