Капилярные явления

Молекулярные силы притяжения действуют между молекулами жидкости и твердого тела, которое с ней соприкасается (молекула Г на рис.8.9); по величине они зависят от природы как жидкости, так и твердого тела. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, то прилежащие к твердому телу частицы жидкости пристают (прилипают) к его поверхности. Это явление называется смачиванием, а жидкость – смачивающей.

Рисунок 8.9.

На молекулу смачивающей жидкости, находящуюся на поверхности около вертикальной стенки сосуда (рис.8.9, а), со стороны молекул вещества действуют силы, равнодействующая которых направлена в сторону стенки, со стороны жидкости – силы, результирующая которых направлена в глубину жидкости. Результирующую силу, действующую на молекулу, можно найти путем векторного сложения этих сил: . Для смачивающей жидкости сила направлена наружу, при этом поверхность покоящейся жидкости, которая должна быть перпендикулярна силам , действующим на каждую молекулу, принимает вогнутую форму (линия MN), называемую вогнутым мениском.

Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами самой жидкости, то жидкость называется несмачивающей. В этом случае молекулы жидкости не прилипают к поверхности твердого тела, а результирующая сила, действующая на молекулы жидкости около стенки сосуда, направлена в глубь жидкости (рис.8.9, б). При этом поверхность жидкости принимает выпуклую форму (линия MN), называемую выпуклым мениском.

Одна и та же жидкость смачивает одни тела и не смачивает другие, например, вода смачивает стекло и не смачивает жиры. Почва, древесина и кора, обезжиренные волокна льна, пеньки, шерсти и другие смачиваются водой, жиры и смолы – водными растворами щелочей и др.

Под криволинейной поверхностью мениска сила поверхностного натяжения, стремящаяся сократить эту поверхность, создает давление , дополнительное к давлению , действующему снаружи на жидкость. Это давление зависит от коэффициента поверхностного натяжения и кривизны поверхности. При выпуклом мениске оно направлено внутрь жидкости и складывается с внешним давлением (рис.8.10, а); давление под мениском . При вогнутом мениске это давление направлено наружу (рис.8.10, б) и вычитается из внешнего давления на жидкость: .

Величина дополнительного давления под мениском при смачивании и мениске в виде полусферы радиуса определяется как отношение силы поверхностного натяжения , действующей по периметру основания полусферы, к его площади:

(формула Лапласа). Обычно радиус кривизны мениска принимается равным радиусу трубки.

Рисунок 8.10.

Явление поднятия или опускания уровня жидкости в узких трубках в связи с действием дополнительного давления называется капиллярностью. Капиллярными свойствами обладает всякое пористое тело, например фильтровальная бумага, сухой мел, разрыхленная почва и т. д. Пористые тела легко пропитываются смачивающимися жидкостями и удерживают их. Для несмачивающих жидкостей, наоборот, эти тела являются непроницаемыми.

Капиллярные явления имеют большое значение для жизни растений, так как способствуют поднятию воды и питательных растворов из почвы ствола растения.

Дата добавления: 2015-07-14