Niisutusnähtused. Kapillaarnähtused. Kapillaarjõud Kapillaarjõu valem

MOLEKULAARPINNA OMADUSED

ÕLI – GAAS – VESI – KIVISÜSTEEMID

Õlireservuaar on tohutu kapillaarkanalite ja pragude kogum, mille pind on väga suur. Oleme juba näinud, et mõnikord on pooride kanalite pind 1 m 3 naftat kandvaid kivimeid on mitmel hektaril. Seetõttu sõltuvad õli liikumise mustrid reservuaaris ja selle väljatõrjumine poorsest keskkonnast ning vedelike ja kivimite mahuomadused (viskoossus, tihedus, kokkusurutavus jne) suuresti kontaktfaaside piirkihtide omadustest ja protsessid, mis toimuvad nafta, gaasi ja vee kokkupuutepinnal tõuga.

Piirkihtide omaduste intensiivsem avaldumine keha hajutamisel (purustamisel) on tingitud pinnamolekulide arvu suurenemisest võrreldes osakeste mahu sees paiknevate molekulide arvuga. Sellest tulenevalt avaldavad süsteemi hajuvuse suurenedes pinnakihis toimuvad nähtused üha suuremat mõju vee ja gaasi liikumisele nafta- ja gaasireservuaarides.

Nafta- ja gaasimaardlate tekkeprotsesse mõjutasid ilmselt ka reservuaarisüsteemide pinnanähtused ja pinnaomadused. Näiteks poorikanalite pinna hüdrofobiseerimise aste õliga, gaasi-õli ja vee-õli kontaktide struktuur, vedelike ja gaaside suhteline asend poorses keskkonnas, jääkvee ja õli kvantitatiivne suhe ning mõned kihistu muud omadused on määratud pinna- ja kapillaarnähtustega, mis tekkisid kihistu tekke käigus.

Samuti on ilmne, et reservuaaridest naftavarude suurendamise kõige olulisemat probleemi ei saa lahendada ilma põhjaliku uurimiseta mineraalide kokkupuutepindadel tekkimisvedelikega toimuvate protsesside ja kivimiga kokkupuutuvate õhukeste vedelike kihtide omaduste kohta.

Erinevate kivimeid küllastavate ainete vastastikmõju molekulaarjõud mängivad olulist rolli nafta ja gaasi maapõuest eraldamise protsessides. Kapillaarjõud on üks molekulidevaheliste jõudude avaldumisvorme.

Molekulaarse interaktsiooni olemus sõltub aine olemusest. Aine molekulide vahelisel normaalkaugusel (normaalrõhul ja -temperatuuril) väljendub molekulide vastastikmõju nende üksteise külgetõmbumises. Kui molekulid on üksteise lähedal, tekivad tõukejõud.

Molekulaarne interaktsiooni jõud Fo sõltuvad suuresti kaugusest G molekulide vahel väikese g juures.

Funktsioon Fo(r) lihtsate sfäärilise kujuga molekulide puhul on sellel joonisel fig. 5.1. Kujutagem ette kahte vedelikku A Ja IN, on üksteise sees nii hajutatud, et nende molekulid jaotuvad nende vedelike mahus ühtlaselt.

Laske vedelatel molekulidel IN tõmbavad tugevamalt vedelike molekule A, kui omavahel. Siis mis tahes juhuslik molekulide kuhjumine IN(joonis 35) on lühiealised – vedelad molekulid A vedelad molekulid "tõmbatakse lahti" IN. Vedelik IN on sel juhul vedelikus täielikult lahustuv A.

Kui vedelate molekulide vastastikune külgetõmme IN vedelate molekulide palju suurem külgetõmme IN vedeliku A molekulidele või kui nende erinevate molekulide vahel on tõukejõud, siis on vedelikus A paiknevate vedeliku B molekulide kuhjumine stabiilne. Selliseid vedelikke nimetatakse vastastikku lahustumatuteks või segunematuteks. Järelikult määrab erinevate ainete molekulide vastastikmõju iseloom nende vastastikuse lahustuvuse.

Vaatleme skemaatiliselt kahe vastastikku lahustumatu aine molekule, mis on omavahel kontaktis (joonis 5.2). Eeldame, et vedelike A ja B molekulid kogevad vastastikust tõrjumist ja tõukejõud toimivad vedelike vahelise liidese suhtes risti. Molekulid A ja B tunnevad külgetõmmet ka vedeliku suhtes, millesse nad kuuluvad. Oletame nüüd, et vedeliku B molekulid,

Joonis 5.2 Molekulide A ja B vastastikune külgetõmme

mis olid algselt vedelikus A tugevalt hajutatud olekus, koguti ühte tilka. Kui vedeliku B molekulid olid vedelikus A tugevalt dispergeeritud, oli neil suurem potentsiaalne energia kui nende kogumisel

Vedeliku pinnakihi pingeseisundit, mis on põhjustatud selle kihi molekulide vahelisest adhesioonijõududest, nimetatakse nn. pind pinevus.

Pindpinevusjõud määratakse valemiga F = al, Kus A- pindpinevustegur; l- vedeliku pinda piirava kontuuri pikkus. Vedeliku pindpinevustegur on suurusjärgus N/m (veel - 0,07, alkoholil - 0,02).

Pinnakile olemasolu põhjustab veele vahu moodustumist, mis on väikeste õhumullide kogunemine selle kile alla; mullid tõstavad kilet üles ilma sellest läbi murdmata. Märgade juuste, märgade liivaterade jms kleepimine. seostatakse ka vedelate kiledega, nende sooviga omandada minimaalne pind.

Pindpinevust mõjutavad suuresti selles sisalduvad lisandid. Näiteks vees lahustatud seep vähendab selle pindpinevustegurit 0,073-lt 0,045 N/m-le. Ainet, mis nõrgendab vedeliku pindpinevust, nimetatakse pindaktiivseks aineks. Need ained leiavad elus kõige laiemat rakendust. Veega võrreldes on õli, alkohol, eeter, seep ja paljud teised vedelikud pindaktiivsed.

Vedeliku taseme tõstmise või langetamise nähtus kitsastes torudes (kapillaarides) lisarõhu toimel, kus A - pindpinevustegur, a R- kõverast pinnast tingitud toru kõverusraadiust nimetatakse kapillaarsuseks.

Igal poorsel kehal on kapillaaromadused, näiteks filterpaber, kuiv kriit, kobestunud pinnas jne. Poorsed kehad küllastuvad kergesti märgavate vedelikega ja hoiavad neid. Mittemärgavate vedelike puhul on need kehad vastupidi läbilaskmatud. Kapillaarnähtused mängivad olulist rolli looduses ja tehnoloogias, näiteks taimede elu jaoks, alates

aitavad kaasa vee ja toitainete lahuste tõusule pinnasest mööda taimetüve. Niisutus- ja kapillaarprotsessid mängivad olulist rolli ja neid võetakse arvesse rõivatoodete tekstiilitootmisel.

Nagu teate, vabaneb inimkeha elu jooksul pidevalt niiskust ja higi. Niiskuse (nii vedelikku kui auru) kogub rõivamaterjal kokku ja seejärel liigub vastavalt selle materjali omadustele selle sees ning jääb osaliselt sinna kinni ja osaliselt välja. Rõivaste all olevas ruumis ja ka rõivamaterjalides toimuvad pidevalt kapillaarprotsessid, mis mõjutavad otsustavalt riiete mugavust ja hügieeni.

Vedeliku vabal pinnal toimub aurustumisprotsess, mille käigus vedelik muutub järk-järgult gaasiliseks. Aurustumisprotsess seisneb selles, et vedeliku pinna lähedal asuvad ja keskmisest kõrgema kineetilise energiaga üksikud molekulid ületavad molekulide külgetõmbejõude ja lahkuvad vedelikust. Sel juhul peab molekul tegema tööd molekulaarjõudude toimele, mida nimetatakse tööfunktsiooniks Ja sisse, samuti töö põrgu väliste survejõudude vastu (paisumistööd). Sellega seoses molekulide kineetiline energia väheneb ja muutub aurumolekulide potentsiaalseks energiaks. Vedeliku pinna lähedal asuvad aurumolekulid võivad selle molekulide abil ligi tõmmata ja vedelikku tagasi pöörduda. Seda protsessi nimetatakse auru kondenseerumiseks. Vedeliku pinnal toimuvad alati mõlemad protsessid: aurumine ja kondenseerumine. Kui aurustuvate ja kondenseeruvate molekulide arv ajaühikus on sama, siis on aur vedelikuga dünaamilises tasakaalus ja sellist auru nimetatakse küllastunud. Massiliseks aurustamiseks T vedelik konstantsel temperatuuril kulutab soojushulka Q n = m, kus on aurustumiserisoojus. Vee jaoks temperatuuril 0 °C = 2,5-10 6 J/kg. Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust.

Vedeliku aurustumise kiirendamiseks on väga oluline tekkiva auru eemaldamise protsess, mida looduslikes tingimustes viib läbi tuul.

Kiiresti aurustuvaid vedelikke (ammoniaak, etüüleeter, etüülkloriid jne) nimetatakse lenduvateks. See töötab sellel põhimõttel

majapidamiskülmik. Külmutusseadme skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 2.

Külmutusagens aurustub aurustis. Töövedelik (jahutusvedelik) on freoon. Selle valem CC1 2 F 2. Kompressori toimel voolab freooniaur aurustist kompressori silindrisse ja pressitakse adiabaatiliselt mitme atmosfääri rõhuni ja kuumutatakse temperatuurini 30-40°C. Kokkusurutud aur siseneb kondensaatorisse, mille kaudu suruaur jahutatakse toatemperatuurini ja vedeldatakse. Vedelik siseneb uuesti aurustisse ja külmiku töötsükkel kordub. Aurustumis-kondensatsioonitsüklit toetab kompressor, mille tööks kasutatakse oma mootori (elektrimootori) võrgust tarbitavat energiat.

Aurustumine ja kondenseerumine mängivad maakeral niiskustsirkulatsiooni ja soojusvahetuse protsessides ülimalt olulist rolli.

Kontaktnurga olemasolu viib vedeliku pinna kõveruseni anuma seinte lähedal. Kitsas torus (kapillaaris) või kitsas vahes kahe seina vahel on kogu pind kõver. Kui vedelik niisutab seinu, on pind nõgusa kujuga, kui see ei niisuta, on see kumer (joon. 119.1). Selliseid kõveraid vedelaid pindu nimetatakse meniskideks.

Kui kapillaar kastetakse ühest otsast laia anumasse valatud vedelikku, siis kapillaari kõvera pinna all erineb rõhk laias anumas lameda pinna all olevast rõhust valemiga (117.4) määratud koguse võrra.

Selle tulemusena on kapillaari niisutamisel vedeliku tase selles kõrgem kui anumas ja kui see pole niisutatud, on see madalam.

Vedeliku taseme kõrguse muutust kitsastes torudes või piludes nimetatakse kapillaarsuseks. Kapillaarnähtuste all mõeldakse laiemas tähenduses kõiki pindpinevuste olemasolust tingitud nähtusi. Eelkõige nimetatakse pindpinevusest (117.4) põhjustatud rõhku, nagu juba märgitud, kapillaarrõhuks.

Kapillaaris oleva vedeliku ja laia anuma vahel tekib selline tasemevahe h, et hüdrostaatiline rõhk tasakaalustab kapillaari rõhku

(119.1)

Selles valemis on a pindpinevus vedeliku-gaasi liidesel, R on meniski kõverusraadius. Meniski R kõverusraadiust saab väljendada kontaktnurga ja kapillaari raadiusega. Tegelikult alates joonisest fig. 119.1 on selge, et asendades selle väärtuse väärtusega (119.1) ja lahendades saadud võrrandi h jaoks, jõuame valemini

(119.2)

Vastavalt asjaolule, et märgav vedelik tõuseb läbi kapillaari ja mittemärgav vedelik laskub alla, annab valem (119.2) positiivse ja negatiivse

Avaldise (119.2) tuletamisel eeldasime, et meniski kuju on sfääriline. Valemi h saab saada ka energiakaalutluste põhjal, ilma et oleks vaja teha erilisi eeldusi meniski kuju kohta. Meniski tasakaaluasend vastab vedeliku-kapillaarsüsteemi minimaalsele energiale E. See energia koosneb pinnaenergiast vedeliku – seina, vedeliku – gaasi ja seina – gaasi piiridel, samuti vedeliku potentsiaalsest energiast gravitatsiooniväljas.

Leiame kapillaaris tõusva vedeliku kõrguse kasvule vastav energia juurdekasv Kõrguse kasvades suureneb vedeliku kokkupuutepind kapillaari seinaga võrra, mille tulemusena energia saab juurdekasvu, mis on võrdne. Samal ajal väheneb seina kokkupuutepind gaasiga, millega kaasneb energia juurdekasv, mis on võrdne Potentsiaalne energia gravitatsiooniväljas saab juurdekasvu, mis on võrdne sellele mõjuva gravitatsioonijõuga varjutatud vedeliku maht (joonis 119.2), korrutatud h-ga, st võrdne

Kapillaarkontrolli aluseks on kapillaarsuse fenomen, mida on kõige lihtsam jälgida järgmises katses. Kapillaarid - õhukesed torud - lastakse vedelikuga laia anumasse. Niipea, kui kapillaari ots on vedelikuga märjaks saanud, tõuseb vedelik kapillaaris palju kõrgemale kui anumas. Kapillaari tõusu kõrgus h arvutatakse järgmise valemiga:

kus R on kapillaari raadius, ρ on vedeliku tihedus, g on raskuskiirendus. Nagu valemist näha, mida suurem on märgumine, seda suurem on kapillaaride tõus. Kapillaari raadius on pöördvõrdeline h-ga, s.o. mida väiksem on raadius, seda suurem on kapillaaride tõus.

Kapillaari raadiuse mõju vedeliku tõusu kõrgusele:
a) kapillaari niisutav vedelik; b) mittemärguv vedelik

Sellest järeldub: mida õhem on kapillaarpragu, seda sügavamale veatuvastusvedelik sellesse tungib. Arenduse tehnoloogilise toimimise käigus on väga oluline, et arendajat oleks võimalikult vähe. Siis eemaldatakse indikaatorvedelik ilmuti kapillaarjõudude toimel defektist tõhusamalt ja moodustub ilmutikihi pinnale jälg, s.t. defekt tuvastatakse.

Mis tahes vedelike puhul on võimalik arvutada toru raadius, mille juures kapillaarsusnähtust ei ilmne, kui vedeliku tõus on tühine. Vee puhul näiteks umbes 3,6 mm läbimõõduga klaastorudes enam palja silmaga tõusu ei täheldata, s.t. Kapillaarideks võib tinglikult lugeda alla 3,0 mm läbimõõduga torusid ja vastavalt sellele ka defekte (praod, poorid jne), mille ava on väiksem kui 3 mm.

Nagu praktikas täheldatud ja joonistelt näha, on vedeliku kokkupuutel tahke tasase pinna või kapillaari seintega liides "vedelik - tahke sein - gaas" alati kõver. Kapillaartorudes paindub vedelik (täpsemalt gaasi ja vedeliku piir) raadiusega r kumerusega, moodustades pinna, mida nimetatakse meniskiks. Kapillaaris on märgumise korral menisk nõgus, mittemärgumise korral kumer.

Nendes näidetes võib märgamisjõude pidada jõududeks, mis rakenduvad vedeliku ja tahke aine (kapillaar) kokkupuutejoonele. Neid võib käsitleda ka kapillaaris oleva vedeliku poolt moodustatud meniski pinnale avalduva tõmbejõuna. See pind on venitatud kuplikujuline kile, mis kipub kokku tõmbuma. See tutvustab kapillaarrõhu mõistet, mis võrdub meniskile mõjuva jõu ja toru ristlõikepindala suhtega: (Laplace'i valem).

Kapillaarrõhk pilus lamedate paralleelsete seintega, mis asuvad üksteisest kaugusel H, arvutatakse sarnase valemi abil.

Vedeliku eraldamine väiksema raadiusega kapillaariga suurema raadiusega kapillaarist (R 1 > R 2). Arengu tehnoloogilise toimimise mudel

Laplace'i seaduse valemid (Pierre-Simon Laplace, 1806) määravad ära kapillaarirõhu Pk sõltuvuse külgnevate faaside (näiteks vesi ja õhk kapillaaris) piirpinna keskmisest kõverusest ja pindpinevusest σ.

- see on kapillaaris paikneva kõvera faasiliidese (vedelik - aur või kaks vedelikku) mõlemal küljel pindpinevusest (liidesest) tingitud rõhuerinevus. Kapillaarrõhk, nagu ka tõstekõrgus, suureneb märguvuse suurenemise ja kapillaaride raadiuse vähenemisega. Väiksema läbimõõduga torudes tõuseb vedelik suuremale kõrgusele kui suurema läbimõõduga torudes, sest sel juhul on kapillaarrõhk suurem.

Kui ühes kapillaaris olev vedelik puutub kokku teise väiksema raadiusega kapillaariga, siis esimesest kapillaarist vedelik ekstraheeritakse ja voolab teise kapillaari kõrgusele, mis vastab teise kapillaari raadiusele. Võib juhtuda, et anuma põhja ei jää üldse vedelikku, see kõik läheb õhematesse kapillaaridesse.

Sarnased protsessid toimuvad ka poorse ilmutiga arendamisel. Tungiv aine ekstraheeritakse kapillaarideefektist kapillaarpulbri ilmuti pooride abil (nende suurus on võrdeline pulbriosakeste vahelise kaugusega). Mida väiksemad on pulbri ilmuti poorid, seda kiiremini protsess kulgeb. Samal ajal ilmnevad muud nähtused (difusioon, adsorptsioon jne).

Kokkuvõtteks tuleb veel kord rõhutada, et märgumine on kapillaarsuse avaldumise vältimatu tingimus ja seega vajalik tingimus kapillaaride mittepurustava testimise läbiviimiseks. Käesolevas artiklis käsitletakse kapillaaride vedelate märgamisvahenditega täitmise põhjuseid, eelkõige kapillaaride rõhku Pc. Kapillaaride täitmise kineetikat ja vedelate defektide tuvastamise vedelike migratsiooniseadusi kapillaaride katkestuste korral käsitletakse vastavas jaotises.

Pindpinevuse ja vedelike märgumise abil seletatavate protsesside hulgast tasub esile tõsta kapillaarnähtusi. Füüsika on salapärane ja erakordne teadus, ilma milleta oleks elu Maal võimatu. Vaatame selle olulise distsipliini kõige ilmekamat näidet.

Elupraktikas tuleb selliseid füüsika seisukohalt huvitavaid protsesse nagu kapillaarnähtused ette päris tihti. Asi on selles, et igapäevaelus ümbritseb meid palju kehasid, mis imavad kergesti vedelikku. Selle põhjuseks on nende poorne struktuur ja elementaarsed füüsikaseadused ning tulemuseks on kapillaarnähtused.

Kitsad torud

Kapillaar on väga kitsas toru, milles vedelik käitub erilisel viisil. Looduses on palju näiteid sellistest anumatest - vereringesüsteemi kapillaarid, poorsed kehad, pinnas, taimed jne.

Kapillaarnähtus on vedelike tõus või langus läbi kitsaste torude. Selliseid protsesse täheldatakse inimeste, taimede ja muude kehade looduslikes kanalites, aga ka spetsiaalsetes kitsastes klaasanumates. Pildil on näha, et erineva paksusega ühendustorudes on tekkinud erinevad veetasemed. Tuleb märkida, et mida õhem on anum, seda kõrgem on veetase.

Need nähtused on aluseks rätiku imamisomadustele, taimede toitumisele, tindi liikumisele mööda varrast ja paljudele muudele protsessidele.

Kapillaarnähtused looduses

Ülalkirjeldatud protsess on taimede elu säilitamiseks äärmiselt oluline. Pinnas on üsna lahti, selle osakeste vahel on tühimikud, mis kujutavad endast kapillaaride võrku. Vesi tõuseb nende kanalite kaudu, toites taimede juurestikku niiskuse ja kõigi vajalike ainetega.

Nende samade kapillaaride kaudu aurustub vedelik aktiivselt, mistõttu on vaja mulda künda, mis hävitab kanalid ja säilitab toitaineid. Vastupidi, pressitud pinnas aurustab niiskust kiiremini. See selgitab mulla kündmise tähtsust aluspinnase vedeliku säilitamiseks.

Taimedel tagab kapillaarsüsteem niiskuse tõusmise väikestest juurtest päris tippudesse ning lehtede kaudu aurustub see väliskeskkonda.

Pindpinevus ja märgumine

Küsimus vedelike käitumisest anumates põhineb füüsikalistel protsessidel, nagu pindpinevus ja märgumine. Nende põhjustatud kapillaarnähtusi uuritakse kompleksselt.

Pindpinevuse mõjul on kapillaarides olev niisutav vedelik üle taseme, millel see peaks olema ühenduses olevate veresoonte seaduse järgi. Vastupidi, mittemärguv aine asub sellest tasemest allpool.

Seega tõuseb vesi klaastorus (niisutusvedelik) seda kõrgemale, mida õhem on anum. Vastupidi, mida õhem on anum, seda madalam on elavhõbe klaasist katseklaasis (mittemärgav vedelik). Lisaks, nagu on näidatud pildil, moodustab niisutav vedelik meniski nõgusa kuju ja mittemärguv vedelik kumera kuju.

Niisutamine

See on nähtus, mis ilmneb piiril, kus vedelik puutub kokku tahke ainega (teine ​​vedelik, gaasid). See tekib molekulide erilise interaktsiooni tõttu nende kokkupuute piiril.

Täielik niisutamine tähendab, et tilk levib üle tahke aine pinna, mittemärgumine muudab selle aga keraks. Praktikas on üks või teine ​​märgumisaste tavalisem kui äärmuslikud võimalused.

Pindpinevusjõud

Tilga pind on sfäärilise kujuga ja selle põhjuseks on vedelikele mõjuv seaduspärasus – pindpinevus.

Kapillaarnähtused on tingitud sellest, et torus oleva vedeliku nõgus pool kipub pindpinevusjõudude toimel sirguma tasaseks. Sellega kaasneb asjaolu, et välimised osakesed kannavad enda all olevaid kehasid ülespoole ja aine tõuseb mööda toru üles. Kapillaaris olev vedelik ei saa aga omandada tasase pinna kuju ja see tõusuprotsess jätkub kuni teatud tasakaalupunktini. Veesamba tõusu (languse) kõrguse arvutamiseks peate kasutama allpool esitatud valemeid.

Veesamba kõrguse arvutamine

Moment, mil vee tõus kitsas torus peatub, tekib siis, kui aine raskusjõud P tasakaalustab pindpinevusjõudu F. See hetk määrab vedeliku tõusu kõrguse. Kapillaarnähtused on põhjustatud kahest erinevalt suunatud jõust:

• gravitatsioonijõud P ahela sunnib vedeliku alla kukkuma;
• Pindpinevusjõud F liigutab vett ülespoole.

Ringi, kus vedelik puutub kokku toru seintega, pindpinevusjõud on võrdne:

kus r on toru raadius.

Torus olevale vedelikule mõjuv gravitatsioonijõud on:

P ahel = ρπr2hg,

kus ρ on vedeliku tihedus; h on vedelikusamba kõrgus torus;

Seega aine tõusu lõpetab tingimusel, et P raske = F, mis tähendab seda

ρπr 2 hg = σ2πr,

seega on vedeliku kõrgus torus:

Samamoodi mittemärguva vedeliku puhul:

h on aine kõrgus torus. Nagu valemitest näha, on kitsas anumas vee tõus (langemine) kõrgus pöördvõrdeline anuma raadiuse ja vedeliku tihedusega. See kehtib niisutavate ja mittemärgavate vedelike kohta. Muudel tingimustel on vaja teha meniski kuju kohandamine, mida tutvustatakse järgmises peatükis.

Laplace'i rõhk

Nagu juba märgitud, käitub kitsastes torudes olev vedelik nii, et tundub, et rikutakse anumate ühenduse seadust. See asjaolu kaasneb alati kapillaarsete nähtustega. Füüsika selgitab seda Laplace'i rõhu abil, mis on vedeliku niisutamisel suunatud ülespoole. Väga kitsa toru vette langetades jälgime, kuidas vedelik teatud tasemele h sisse tõmmatakse. Sideveelaevade seaduse järgi pidi see olema tasakaalustatud välise veetasemega.

See lahknevus on seletatav Laplace'i rõhu suunaga p l:

Sel juhul on see suunatud ülespoole. Vesi tõmmatakse torusse tasemeni, kus see tasakaalustab veesamba hüdrostaatilise rõhu p g:

ja kui p l =p g, siis saame võrdsustada võrrandi kaks osa:

Nüüd saab kõrguse h kergesti tuletada valemiga:

Kui märgumine on lõppenud, on vee nõgusa pinna moodustav menisk poolkera kujuga, kus Ɵ=0. Sel juhul on sfääri R raadius võrdne kapillaari r siseraadiusega. Siit saame:

Ja mittetäieliku niisutamise korral, kui Ɵ≠0, saab sfääri raadiuse arvutada järgmise valemi abil:

Siis on soovitud kõrgus, korrigeeritud nurga järgi, võrdne:

h=(2σ/pqr)cos Ɵ .

Esitatud võrranditest on selge, et kõrgus h on pöördvõrdeline toru siseraadiusega r. Vesi saavutab suurima kõrguse inimese juuksekarva läbimõõduga anumates, mida nimetatakse kapillaarideks. Nagu teada, tõmmatakse märgavat vedelikku ülespoole ja mittemärguvat vedelikku surutakse alla.

Katse saate läbi viia, võttes ühendust anumad, kus üks neist on lai ja teine ​​väga kitsas. Kui olete sellesse vett valanud, võite märgata erinevat vedeliku taset ja niisutava ainega versioonis on kitsas torus kõrgem ja mittemärguva ainega madalam.

Kapillaarnähtuste tähtsus

Ilma kapillaarnähtusteta on elusorganismide olemasolu lihtsalt võimatu. Inimkeha saab hapnikku ja toitaineid kõige väiksemate veresoonte kaudu. Taimejuured on kapillaaride võrgustik, mis tõmbavad niiskust maapinnast, viies selle ülemiste lehtedeni.

Lihtne majapidamispuhastus on võimatu ilma kapillaarnähtusteta, sest selle põhimõtte kohaselt imab kangas vett. Sellel alusel töötavad rätik, tint, taht õlilambis ja paljud seadmed. Kapillaarnähtused tehnoloogias mängivad olulist rolli poorsete kehade kuivamisel ja muudes protsessides.

Mõnikord põhjustavad samad nähtused soovimatuid tagajärgi, näiteks imavad tellise poorid niiskust. Et vältida hoonete niiskust põhjavee mõjul, peate vundamenti kaitsma hüdroisolatsioonimaterjalidega - bituumeni, katusepapi või katusepakiga.

Ka vihma ajal riiete märjaks saamine, näiteks püksid põlvini lompidest läbikäimisest, on tingitud ka kapillaarnähtustest. Selle loodusnähtuse kohta on meie ümber palju näiteid.

Katsetage lilledega

Näiteid kapillaarnähtuste kohta võib leida loodusest, eriti mis puudutab taimi. Nende tüvedes on sees palju väikeseid anumaid. Saate katsetada kapillaarnähtuste tagajärjel lille värvimist mõne erksa värviga.

Tuleb võtta erksavärviline vesi ja valge õis (või hiina kapsa leht, selleri vars) ning asetada see selle vedelikuga klaasi. Mõne aja pärast saate jälgida, kuidas värv hiinakapsa lehtedel ülespoole liigub. Taime värv muutub järk-järgult vastavalt värvile, millesse see asetatakse. See on tingitud aine liikumisest mööda tüvesid vastavalt seadustele, mida me selles artiklis käsitlesime.