Capilaritate - Școală de fizică
Arborele genealogic al Căii Lactee
Control complet integrat al nanodiamantelor
Un pic mai aproape de soare
Ceea ce face strălucirea stelelor
Stradă cu sens unic pentru electroni
Sute de exemplare ale lui Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica găsite într-un nou număr
Sistemul nostru solar a fost format în mai puțin de 200.000 de ani
capilaritate
capilaritate sau Efect capilar (lat. capillaris, În ceea ce privește părul) este comportamentul lichidelor pe care le intră în contact cu capilarele, de ex. B. tuburi înguste, crăpături sau cavități în solide. Aceste efecte sunt cauzate de tensiunea superficială a lichidelor în sine și de tensiunea interfațială dintre lichide și suprafața solidă. Un exemplu este un mic tub de sticlă scufundat în apă, în care apa din tubul de sticlă îngust se ridică puțin împotriva forței gravitaționale.
Efecte
Ascensiunea capilară apare cu lichide care uda materialul capilarului, cum ar fi apa pe sticla sau pe fibrele de hartie. Apa crește într-un tub de sticlă și formează unul concav Suprafață (menisc). Acest comportament se datorează forței de aderență (forță care acționează între două substanțe).
Depresia capilară apare atunci când lichidul nu ude materialul suprafeței vasului. Exemple sunt mercurul pe sticlă sau apa pe sticlă cu o suprafață unsă. Astfel de lichide au un nivel mai scăzut într-un tub decât în împrejurimi și a convex suprafaţă.
Până la un anumit diametru minim, cu cât diametrul capilarelor este mai mic, cu atât este mai mare presiunea capilară și creșterea, vezi formula și tabelul de mai jos.
O ștergere are o absorbție mare dacă structura sa nu se prăbușește sub presiune capilară.
Într-un tub, lichidul crește datorită forțelor adezive de pe peretele tubului și astfel doar până la capătul acestuia, chiar dacă capilaritatea a permis o înălțime mai mare de creștere.
Într-un tub conic, tensiunea superficială antrenează o peliculă lichidă în direcția diametrului mai mic, ceea ce în cazul unei pipete favorizează golirea.
Un strat cu granulație grosieră, care rupe capilarul, previne creșterea umezelii în clădiri sau deteriorarea înghețului pe suprafețele drumului.
Formula (ecuația capilară)
Înălțimea urcării H o coloană de lichid este dată de:
$ \ sigma $ = Tensiunea superficială θ = Unghiul de contact ρ = Densitatea lichidului G = Accelerația datorată gravitației r = Raza tubului
Pentru un tub de sticlă umplut cu apă, care este deschis aerului la nivelul mării (1.013,25 hPa):
$ \ sigma $ = 0,0728 J/m² la 20 ° C θ = 20 ° = 0,35 rad ρ = 1000 kg/m³ G = 9,81 m/s²
următoarele rezultate pentru înălțimea de creștere:
$ h \ approx \ frac4 \ cdot 10 ^ \ mathrm ^> $
| 1 m | 0,014 mm |
| 10 centimetri | 0,14 mm |
| 1 cm | 1,4 mm |
| 1 mm | 14 mm |
| 0,1 mm | 14 cm |
| 0,01 mm | 1,4 m |
Ecuația Washburn descrie fluxurile capilare în materiale poroase fără a lua în considerare gravitația.
Considerare moleculară
Practic, efectul capilarității se bazează pe forțele moleculare care apar în interiorul unei substanțe (forțe de coeziune) și la interfața dintre un lichid, un solid (peretele vasului) și un gaz (de exemplu aerul) (forțe adezive). De multe ori efectul capilar are și semnificația tensiunii superficiale.
În interiorul unui corp, forțele care acționează asupra unei anumite molecule din mediul său se anulează reciproc. Cu toate acestea, la margini, rezultă o forță care, în funcție de material, este direcționată fie în lichid, fie în afara acestuia. Dacă efectul peretelui vasului împotriva forțelor de coeziune din lichid este mic, atunci forța rezultată indică interiorul lichidului. Suprafața lor este curbată în jos în punctul de contact cu peretele și nu ude peretele vasului (de exemplu, mercurul în vasul de sticlă). Cu toate acestea, dacă efectul peretelui vasului împotriva forțelor de coeziune din lichid este mare, atunci forța rezultată indică în peretele vasului și lichidul este îndoit în sus la margine. Lichidul ude peretele (de exemplu, apă sau petrol într-un vas de sticlă).
Aplicații practice
Stilou cu cerneala: Un exemplu de aplicație este stiloul stilou sau stiloul stilou sau penita acestuia. De regulă, are o gaură mică, rotundă, la jumătatea lungii, în care se adună cerneala, de unde este transportată prin acțiune capilară printr-o fantă foarte fină până la vârf.
Hârtie: Nu este posibil să scrieți cu cerneală lichidă pe o suprafață care nu ude. Prin urmare, scrierea pe sticlă cu un stilou este greu posibilă, deoarece cerneala nu ude suprafața sticlei și, prin urmare, nu aderă la ea. Cerneala se poate lipi de suporturi umede precum hârtia. Hârtia absoarbe, de asemenea, cerneala prin intermediul unui efect capilar, fiind chiar posibil să scrieți cu capul în jos.
Plante: La copaci și alte plante, apa este absorbită de rădăcini și apoi transportată la coroană, unde se evaporă din stomatele frunzelor (sau acelor) sau este necesară pentru fotosinteză. Atunci când este transportată împotriva gravitației, evaporarea din zona superioară a plantei acționează ca aspirație (aspirația transpirației), forțele de coeziune ale apei din plantă împiedică ruperea fluxului de lichid, iar efectul capilar cu efect osmotic (presiunea rădăcinii) favorizează ascensiunea. [1] Conform noilor descoperiri, copacii pot atinge o înălțime maximă de 130 de metri, deoarece presiunea osmotică împreună cu forțele capilare nu mai sunt suficiente pentru a depăși gravitația. [2]
Chimie: În cromatografia pe hârtie, efectul capilar este utilizat în sensul că o soluție este picurată pe o hârtie specială și se ridică pe ea, componentele soluției fiind purtate împreună cu ea. Datorită distanțării diferite, țesăturile pot fi separate.
Medicament: Pentru a extrage cantități mici de sânge, puteți face o mică puncție în vasele de pe degete sau lobul urechii și puteți ține un tub subțire de colectare în care sângele crește datorită efectului capilar și poate fi astfel colectat.
Textile: Un efect de aspirație similar cu cel al hârtiei poate fi observat și la cârpe sau țesături de curățare. Același lucru este valabil și pentru bureți. Pentru hârtie, curățarea cârpei și a bureților, se aplică următoarele: cu cât suprafața interioară (pe volum) este mai mare, cu atât este mai mare efectul de aspirație.
Lipire: Același efect are loc și în timpul lipirii: lipirea lichidă curge prin acțiunea capilară în spațiul armăturilor de țevi de cupru, de exemplu. O plasă de sârmă, panglica de desoldare, este adesea folosită pentru desoldarea componentelor electronice de pe plăcile de circuite imprimate.
Calitatea rezultatului lipirii este imediat recunoscută din forma conului de lipire. Nu ar trebui asta concav și înclinându-se plat pe tablă, este cel mai probabil o îmbinare de lipit la rece. Datorită capilarității, lipirea este „posibilă”.
Constructie: În case și structuri fără măsuri de protecție adecvate, efectul capilar poate fi adesea observat în zidărie - aici, totuși, este nedorit, deoarece materialele de construcție utilizate permit umidității să se ridice la diferite grade împotriva gravitației (mai ales de la sol în contact direct cu solul) în funcție de conținutul de pori. Conductivitatea termică a materialului de construcție crește odată cu creșterea absorbției de umiditate, astfel încât pierderea de căldură a clădirii crește. De exemplu, pereții din cărămizi (ușor arși), betonul celular (așa-numitul „beton aerat”) și cărămizile cu nisip și var au un nivel ridicat de absorbție; Pentru a întrerupe fluxul capilar în clădiri, straturi de separare impermeabile, de ex. B. o foaie de bitum instalată.
Oenologie: În oenologie, vinometrele sunt utilizate pentru a măsura conținutul de etanol al vinurilor, care se bazează pe capilaritatea vinului, care este dependentă de conținutul de etanol.