Капиллярные явления

Пусть жидкость находится в каком-либо сосуде. Если расстояния между поверхностями, ограничивающими жидкость сравнимы с радиусом кривизны поверхности жидкости, то такие сосуды называются капиллярами. Явления, происходящие в капиллярах, называются капиллярными явлениями. К капиллярным явлениям относят капиллярный подъём жидкости и капиллярное сцепление между смачиваемыми поверхностями.

Наиболее простыми и часто используемыми капиллярами являются цилиндрические капилляры (рис.5.20). Поверхность жидкости в таких капиллярах является сферической. Пусть r - радиус кривизны поверхности жидкости, R – радиус капилляра, θ – краевой угол. В случае частичного смачивания жидкость будет подниматься по капилляру под действием давления Лапласа, до тех пор, пока его не скомпенсирует гидравлическое давление жидкости:

, (5.46)

где ρ – плотность жидкости, g – ускорение силы тяжести, h – высота капиллярного подъёма. Радиус кривизны поверхности жидкости удобно выразить через радиус капилляра, который можно легко измерить: . Давление Лапласа для сферической поверхности определяют по формуле (5.42). Подставляя его выражение в формулу (5.46), получим:

(5.47)

В случае полного смачивания θ =0^о, cos θ =1, r = R и формула высоты капиллярного подъёма имеет вид:

(5.48)

При полном несмачивании θ=180^о, cos θ = - 1, и высота капиллярного подъёма будет отрицательной, то есть поверхность жидкости опустится на величину h (рис. 5.21).

Интересно отметить, что в сообщающихся капиллярах высота уровня жидкости не одинакова. Наибольший капиллярный подъём наблюдается в самом узком капилляре, а наименьший – в самом широком капилляре (рис.5.22).

В случае капиллярного подъёма между двумя плоскопараллельными поверхностями, находящимися на расстоянии d (рис.5.23), поверхность жидкости будет иметь цилиндрическую форму. Радиус кривизны поверхности выразим через расстояние между поверхностями: . Высота подъёма жидкости по-прежнему будет определена условием (5.46). Высота капиллярного подъёма в этом случае равна:

(5.49)

Для полного смачивания . Капиллярные явления наблюдаются при подъёме воды к поверхности почвы, при использовании промокательной бумаги, тряпки, при подъёме керосина в фитилях и т.п.

Дата добавления: 2015-07-14