Вода течет вверх по салфетке

Вода – уникальное вещество. При всей распространенности и простоте своего состава ее физические и химические свойства зачастую являются исключениями. Так, например, при 4оС плотность воды максимальна, а при переходе в твердое состояние (лед) она уменьшается! Никакое другое вещество себя так не ведет.

Что же касается данного опыта, на первый взгляд, все очевидно и просто. Вода смачивает бумагу и бечевку, и материалы намокают. А вот объяснить почему так происходит, затруднительно.

Разберемся, для начала, в самом термине «смачивание». Оно представляет собой явление взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела. Вариантов развития событий, как всегда, два:

  • притяжение между молекулами жидкости сильнее, чем их притяжение к молекулам твердого тела. Жидкость стремится сократить контакт с поверхностью и, в результате, собирается в капли.
  • притяжение между молекулами жидкости слабее, чем их притяжение к молекулам твердого тела.
    Жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения и, в результате, прижимается к поверхности тела, растекаясь по ней.

Тут, очевидно, второй вариант. Растекание происходит до тех пор, пока жидкость не покроет всю поверхность, или пока слой жидкости не станет мономолекулярным.

Но как вода преодолевает силы гравитации?

Собственно, так же, как и в растениях. Вода поднимается вверх по капиллярным сосудам растения и доставляет ее от корней к листьям и плодам.

Происходит это за счет разницы давлений и сил поверхностного натяжения воды. Поверхность воды, попадающей в узкий капилляр, принимает вогнутую форму (мениск). При таком положении давление жидкости под этим мениском становится меньше атмосферного, и вода стремится вверх. И чем тоньше капилляр, тем выше поднимается вода, стремясь уравновесить отрицательное давление. Если жидкость не смачивает поверхность, то мениск будет выпуклый, и она не станет подниматься вверх по капилляру.

Салфетка имеет пористую структуру и состоит преимущественно из целлюлозы, которая, в свою очередь, имеет волокнистое строение. Таким образом, воде не составляет труда найти себе пути-капилляры для движения вверх.

В бечевке процессы протекают аналогичным образом, с той лишь разницей, что в ней не нарушаются механические свойства, так как состоит она из цельных нитей. 

Помогите решить / разобраться (Ф)

В старом учебнике физики за 6 класс А.В. Пёрышкина и Н.А.Родиной (Москва, «Просвещение», 1974) в разделе «Для дополнительного чтения» есть параграф 49 «Капиллярность». Читаем:

Цитата:

Рассмотрим ещё одно явление, которое позволяет отличить жидкость, смачивающую стенки сосуда, от жидкости, не смачивающей их. Это явление называется капиллярностью.
Тонкую стеклянную трубочку опускают смачивающую жидкость — воду. Вода поднимается по трубочке вверх (рис.80).Но чем выше поднимается жидкость в трубочке, тем больше становится сила тяжести, приложенная к столбику, и наконец при некоторой высоте столбика h подъём жидкости в трубочке прекращается.

Никаких пояснений этого явления в учебнике не даётся, но даже из этой информации можно сделать вывод о том, что подъём воды в стеклянном капилляре связан с притяжением молекул воды и стекла, о котором говорится в предыдущем параграфе 48 «Явление смачивания»:

Цитата:

Притяжением молекул друг к другу можно объяснить такое часто наблюдаемое на практике явление, как смачивание твёрдого тела жидкостью.
Ознакомимся с этим явлением на опыте.
На тонкую пружину подвешивают горизонтально стеклянную пластину. Снизу под пластину подносят сосуд с водой так, чтобы пластина легла на поверхность воды в сосуде. После этого пластину медленно поднимают вверх. При этом пластине не отрывается от воды, а прилипает к ней, и пружина растягивается сильнее.По величине растяжения пружины можно судить о силах притяжения между молекулами, удерживающими пластину на поверхности воды.


В учебнике физики за 7 класс А.В.Пёрышкина 2013 года издания в параграфе 11 «Взаимное притяжение и отталкивание молекул» кроме повторения описания того же опыта со смачиванием уже даётся и пояснение явления смачивания:

Цитата:

Если жидкость смачивает твёрдое тело, то это значит, что молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам тела.


Как же современная физика объясняет явление капиллярности?
Сначала вроде бы всё понятно: это сила поверхностного натяжения воды в капилляре «тянет» воду вверх до тех пор, пока её не уравновесит сила тяжести. То есть имеем уточнение к пояснению в учебнике 1974 года: вода не просто «течёт вверх» по непонятной причине, а поднимается под действием силы поверхностного натяжения.
Но тут у меня возникает вопрос: а как при пояснении капиллярности учитывается сила притяжения между молекулами стекла и воды? Ведь эта сила превышает силу притяжения между молекулами воды и именно молекулы стекла «тянут» молекулы воды вверх по стенкам капилляра. А тут всё пояснение сводится к силе, действующей исключительно между молекулами воды. Вроде как и материал капилляра «не при чём». Хотя именно от него зависит подъём или опускание уровня жидкости, то есть именно он является главенствующей силой и определяет поведение столба жидкости внутри капилляра.
Кто-нибудь может подсказать ссылку на физическое (а не «математическое») пояснения капиллярности, в котором учитывается взаимодействие молекул жидкости и вещества, из которого изготовлена капиллярная трубка?

Технологическая карта урока по физике «Капиллярные явления» (7 класс)

Результат опыта выносится на обсуждение. В результате учащиеся приходят к осознанию того, если жидкость смачивает твердое тело, это значит, что молекулы воды притягиваются слабее, чем к молекулам тела. И наоборот, когда молекулы воды не смачивают какое-либо тело, значит что молекулы воды притягиваются сильнее друг к другу, чем к молекулам твердого тела.

Во многих случаях, вода может и не смачивать тела. Например, если в воду опустить кусочек воска или парафина, а затем вынуть, то они окажутся сухими. Вода не смачивает и жирные поверхности тел.

Опыт .

Определение зависимости между высотой поднятия жидкости  hи температурой  жидкости t.

Для опыта был выбран капилляр диаметром 4 мм. Измеряя высоту столба жидкости в капилляре через каждые 10 градусов при остывании жидкости, получили следующие результаты:

 

Если представить в виде графика:

Вывод:Между высотой поднятия жидкости в капилляре и её температурой существует линейная зависимость.

Предлагаю  сконструировать  «действующую модель» капилляра при помощи сосуда с водой и двух стеклянных пластинок.

В быту мы часто сталкиваемся с явлениями смачивания и не смачивания.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/a3395bce-896c-b81e-eac3-e3951738162c/00149790220997622.htm

Интересный опыт по несмачиванию можно поставить с детской присыпкой – ликоподием.

Для его проведения нальем в стакан воду и насыпем на ее поверхность тонкий слой ликоподия. Аккуратно погрузим в воду указательный палец и вынем его обратно. Палец остается сухим.

Если на поверхность горячей воды накрошить парафин, то он расплавится и образует тонкую жировую пленку на поверхности воды. По мере остывания воды, пленка застынет и превратится в пластину с описанными выше свойствами. Одна сторона пластины, которая была обращена к воздуху, не будет смачиваться водой, а другая сторона пластины, которая во время застывания была обращена к воде, будет смачиваться водой.

Так, например, благодаря явлению смачивания мы можем писать, вытирать мокрые предметы и т. д.

Не всегда понятно и они чего-то не знают. Для решения выявленной проблемы учащимся предлагается стать исследователями и самим постараться определить условия смачивания жидкости. Далее следует коллективное заполнение учащимися предлагаемого кластера «От чего зависит смачивание?»

Приходим к выводу: смачивание – это поверхностное явление, которое заключается в взаимодействии поверхности твёрдого тела (другой жидкости) с жидкостью.

2 блок:

Продолжая обсуждение, подводим учащихся к мысли, что молекулы поверхностного слоя взаимодействуют друг с другом с большей силой и обладают дополнительной энергией по сравнению с молекулами нижних слоев. Затем проводим экспериментальную проверку на опытах с мыльными пленками и формулируем определения:

  • Способность жидкости сокращать свою поверхность называют поверхностным натяжением.

  • Силы, действующие вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно к линии, ограничивающей эту поверхность, называют силами поверхностного натяжения.

Рисунок 2

Далее совместно с учениками обсуждаем вопрос: “От чего зависит сила поверхностного натяжения?” Чтобы ответить на этот вопрос, проводим демонстрационный эксперимент с проволокой разной длины на основании которого учащиеся делают вывод: чем больше длина проволоки, тем больше сила поверхностного натяжения. Затем формулируем определение:

  • Физическую величину, равную отношению силы поверхностного натяжения к длине линии, ограничивающей поверхность жидкости, называют коэффициентом поверхностного натяжения.

Акцентируем внимание учащихся на физическом смысле коэффициента поверхностного натяжения: “Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины линии, ограничивающей жидкость”.

Капиллярность (от лат. capillaris — волосяной ) — физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например, ртуть в стеклянной трубке. На основе капиллярности основана жизнедеятельность животных и растений, химические технологии, бытовые явления (например, подъём керосина по фитилю в керосиновой лампе, вытирание рук полотенцем). Капиллярность почвы определяется скоростью, с которой вода поднимается в почве и зависит от размера промежутков между почвенными частицами. Капиллярами называются тонкие трубки, а также самые тонкие сосуды в организме человека и других животных.

Особенно хорошо наблюдается искривление мениска жидкости в тонких трубках, называемых капиллярами.Если в сосуд с жидкостью опустить капилляр, стенки которого смачиваются жидкостью, то жидкость поднимается по капилляру на некоторую высоту h (рис.1.4). это объясняется тем, что искривление поверхности жидкости вызывает дополнительно молекулярное давление.  

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.(интерактивный учебник http://foxford.ru/wiki/fizika/kapillyarnye-effekty)

Рис.4. Капиллярность.

Вывод:Поднимается жидкость при методе смачивания каналов жидкостями. Например: вода в стеклянной трубке, грунте, песке. Понижается жидкость при методе не смачивания жидкостью. Например: ртуть в трубке стеклянной.

Физический эксперимент «Капиллярное течение жидкости» (https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=SfrhNYU2cl8)

В ходе эксперимента

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Как связана высота подъема жидкости в стеклянной капилляре с диаметром капилляра?

2. Почему шелковая ткань плохо вытирает мокрые руки?

3. На каком физическом явлении основан употребление полотенец?

4. На какую высоту поднимется смачивающий жидкость в капилляре, если сосуд с жидкостью, в которую погружено капилляр, находится в состоянии невесомости?

5. Почему растекается чернила во время письма на бумаге плохого качества?

6. Почему вода поднимается по тонким трубкам и имеет вогнутый мениск, а ртуть опускается и ее поверхность имеет выпуклый мениск?

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/5c9e04d5-3573-ac90-6641-ad6a2e9c3a10/00144678820260770.htm

Задания с использованием модели для проверки теоретического решения

Считаем, что θ = 0.

Определите высоту подъёма воды в капилляре диаметром 10–6 м.

Сравните высоту поднятия воды и керосина в капиллярах равного радиуса.

На рисунке изображен экран модели.

Рис. 2. 

Внимательно ознакомьтесь с рисунком и дайте ответы на следующие вопросы.

Какая жидкость находится в сосуде? По каким параметрам вы это определили?

Рассчитайте высоту подъема жидкости в капилляре.

Проверьте свой результат, проведя соответствующий опыт с компьютерной моделью. Сделайте вывод.

Капиллярные явления в природе и технике

Капиллярные явления чрезвычайно распространены в природе, технике и быту:

• проникновение питательных веществ из почвы в растения;

• подъем влаги из глубоких слоев почвы;

• строительная практика;

• применение полотенец, салфеток, марли и тому подобное.

Питание растений обусловлено всасыванием из почвы влаги и питательных веществ, что возможно благодаря наличию капилляров в корневой системе и стеблях растения.

Учета капиллярности необходимо при обработке почвы. Например, для того чтобы происходило более интенсивное испарение влаги из почвы, необходимо уплотнять его. В этом случае в почве образуются капилляры и влага поднимается по ним вверх и испаряется. Чтобы уменьшить испарение, почву рыхлят, разрушая при этом капилляры, и влага дольше остается в почве.

Тела, имеющие большое количество капилляров, хорошо впитывают влагу. Благодаря этому во время вытирания рук полотенце впитывает в себя воду, керосин или расплавленный стеарин поднимаются по фитиля лампы или свечи.

http://worldofscience.ru/fizika/4523-kapillyarnye-yavleniya-v-prirode-i-tekhnike.html

Явление капиллярности в быту, природе и технике

Явление капиллярности в быту играет огромную роль в самых разнообразных процессах, происходящих в природе. Например, проникновение влаги из почвы в растения, в стебли и листья обусловлено капиллярностью. Клетки растения образуют капиллярные каналы, и чем меньше радиус капилляра, тем выше по нему поднимается жидкость. Процесс кровообращения тоже связан с капиллярностью. Кровеносные сосуды являются капиллярами.

Особенно большое значение имеет капиллярность почвы. По мельчайшим сосудам влага из глубины перемешивается к поверхности почвы. Если хотят уменьшить испарение влаги, то почву рыхлят, разрушая капилляры. С целью увеличения притока влаги из глубины почву укатывают, увеличивая количество капиллярных каналов. В технике капиллярные явления имеют большое значения в процессах сушки, в строительстве. http://www.bestreferat.ru/referat-256646.html

3. Этап закрепления.

Цель: Обеспечить в ходе закрепления повышение уровня осмысления изученного материала, глубины понимания.

Области применения  Смачивание может объяснить применение моющих средств, тот факт, почему руки, которые в масле или смазке легче смыть бензином, чем водой, а так же почему гуси выходят сухими их воды и др. Объяснение капиллярных явлений происходит в движении воды в растениях и капиллярах. А так же при обработке почвы. Например: сохранение влаги рыхлением и др., разрушая капилляры. А так же капиллярное явление может объяснить электрические и ядерные явления, позволяет выявлять трещины с раскрытием от 1 мкм, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

Контролирующий блок:

1. Что такое капилляр?

2. Как распознать смачивание и не смачивание?

3. Приведите пример смачивания.

4. Что такое капиллярное явление?

5. Приведите пример не смачивания.

Для закрепления и углубление полученных знаний используются ЦОР из Единой коллекции, в следующей последовательности:

5. этап. Задание на дом.

Цели для уч-ся

Критерии успешного выполнения д/з

Методы и приёмы выполнения

Обеспечить понимание уч-ся цели, содержания и способов выполнения домашнего задания

Д/ з: § 18

Домашний эксперимент.

1.Поместите капли воды и масла на стеклянную, алюминиевую, медную, парафиновую пластины.

2.Зарисуйте формы капель.

3.Рассмотрите капли и сделайте выводы о взаимосвязи молекул твёрдого тела и жидкости.

4.Эти результаты заносите в таблицу.

5.Добавьте с помощью шприца в смесь воды и спирта немного оливкого масла.

6.Пропустите через центр масляного шара проволоку и вращайте её.

7.Обратите внимание как изменяется форма капли.

8.Сделайте выводы о форме  поверхности жидкости.

правильно рассказывать определения понятий смачивание и несмачивание, капиллярные явления.

Три уровня домашнего задания: стандартный минимум, творческий (проектирование исследовательской работы: определение формы поверхности жидкости)

— Задание творческого уровня предлагаются тем, кто считает возможной для себя самостоятельную творческую работу.

6. Подведение итогов занятия и рефлексия

Рефлексия учащегося

Что нового узнали на уроке? Чему научились на уроке?

1) Тема урока мне понятна. 2) Я достиг цели урока. 3) У меня сегодня всё получалось, я не допускал ошибок. 4) Я допустил ошибки в объяснении что такое плотность, измерении

Цель: дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся; инициировать рефлексию учащихся по поводу мотивации своей деятельности и взаимодействия с учителем и одноклассниками
Утки гаги
Арчибальд Торберн
1912 год

 


Чайки
Арчибальд Торберн

 


Гагарка и Кайры
Арчибальд Торберн
1926 год


Задача №44
Поставьте стакан, наполненный водой, на подставку, а второй, пустой – на стол. Можно ли с помощью полоски сукна или другого материала перелить воду из верхнего стакана в нижний? Где подобное явление можно использовать на практике?

Ответ: Можно. Полоску сукна нужно расположить так, чтобы её концы лежали в обоих стаканах погружённые в воду до самого дна. В полоске сукна имеются капиллярные сосуды, благодаря которым она играет роль сифона. Опыт протекает медленно (сутками). Однако уже в первые минуты можно наблюдать, как вода движется по капиллярным сосудам материи. Это явление используется, например, для поливки комнатных цветов. Очень актуально для тех, кто собирается на пару недель в отпуск или в командировку, а оставить домашнюю оранжерею не на кого. Ведро с водой устанавливают на подставку или подоконник, а цветочные горшки на пол. Ленту бинта опускают одним концом в ведро с водой, а другим – на землю к цветам. Таким образом, в ваше отсутствие, будет происходить самостоятельный полив цветов.

Этапы

урока

Формы

Методы

Содержание деятельности

Основные задачи этапа

Деятельность

педагога

Деятельность обучающихся

репродуктивный уровень

конструктивный уровень

творческий уровень

1

2

3

4

5

6

7

8

Орг. момент

 

Коллективная

 Устное сообщение

 Приветствует студентов, подготавливает учебную группу  к работе, настраивает на деловой ритм.

 Приветствуют преподавателя, слушают.

Настраиваются на восприятие материала урока. 

Готовность к активной познавательной деятельности 

  Создание  комфортной образовательной среды

Подготовка к основному этапу занятия

 Фронтальная, индивидуальная.

 Беседа об особенностях поверхностного слоя жидкости,,

эксперимент, метод иллюстраций(слайды презентации к уроку).

 Проводит беседу по уточнению и конкретизации первичных знаний –  «жидкость», «основные свойства жидкости»;

Организует проведение фронтального проблем. эксперимента.Организует диалог с обучающимися по результатам эксперимента.

Акцентирует внимание на конечных результатах учебной деятельности на уроке.

4

Дают определение понятия «Жидкость», перечисляют основные свойства жидкостей.

Начинают заполнять карту урока. Наблюдают за свободной поверхностью жидкости. 

 Проводят эксперимент. Наблюдают за свободной поверхностью жидкости – она приобретает форму купола.

Анализируют результаты наблюдений, формулируют вопросы, вызывающие интерес для изучения, записывают в карту урока. 

 Оптимизация знаний, обеспечение

мотивации и принятия обучающимися

цели  учебно-познавательной деятельности.

Усвоение новых знаний и способов действий

 Фронтальная, работа в парах

 Словесные, наглядные, практические

 Организует поисковую работу обучающихся(постановка цели и плана действий).

Предлагает организовать работу в парах-«Лабораториях». Знакомит с заданиями «Лаборатории» Обеспечивает восприятие, осмысление и первичное запоминание знаний, связей и отношений в объекте изучения

 Изучают задание в парах, продолжают записи в карте урока.

Самостоятельно принимают план выполнения задания, записывают определения понятий поверхностного натяжения, силы поверхностного натяжения и т. д. 

Проводят эксперимент, наблюдения, выполняют необходимые зарисовки, формулируют выводы 

Сформировать конкретные представления по теме

и содержанию урока; побуждать стремление

обучающихся самих искать решение задачи.

 Первичная проверка понимания

 Коллективная

Словесные, наглядные. 

 Обеспечивает восприятие, осмысление и первичное запоминание знаний, способов действий, связей и отношений в объекте изучения

 Озвучивают результаты наблюдений, выводы – выступают представители«Лабораторий»

 Усвоение сущности новых знаний

 Самостоятельно фиксируют суть новых понятий в карте урока и осуществляют осмысление.

 Установление правильности и осознанности

усвоения нового учебного материала;

выявление пробелов и неверных представлений и их коррекция

Закрепление полученных знаний

 Коллективная

 Беседа

 Проводит беседу по уточнению и конкретизации полученных знаний;

 

 Высказываются. отвечают на вопросы

 Анализируют результаты своей работы на уроке.

 Активная и продуктивная работа по включению части в целое, расширение кругозора.  

 Формирование целостной системы ведущих знаний по теме

1

2

3

4

5

6

7

8

 Рефлексия

Коллективная

Беседа, наглядные – слайд с вопросами.

Предлагает оценить свою работу на уроке и её результативность

Оценивают собственную деятельность свои достижения

Определяют свою роль в проведении урока.

Формулируют вопросы для углубления своих знаний по теме.

Понимание сущности рассматриваемых явлений и

формирование научного мировоззрения.

Что такое сила натяжения?

Как и любую силу, поверхностное натяжение можно измерить, и учёные придумали множество способов это сделать. Самый простой из них — измерение высоты подъёма смачивающих жидкостей в капиллярах: чем выше поднялся столбик, тем больше сила натяжения. Метод достаточно точен и теоретически выверен, но не является единственным.

Для следующего способа измерения понадобится сталагмометр — стеклянный пузырёк известного объёма, имеющий точно калиброванный капилляр для истечения жидкости. Число вытекающих капель и значение плотности жидкости позволяют при помощи специальной формулы определить поверхностное натяжение с погрешностью всего в 1%. Полное научное название этого способа —

сталагмометрический метод или метод счёта капель.

Классикой стали два необычных способа расчёта силы σ, названные в честь своих изобретателей — Дю Нуи, Падди и Вильгельми. Суть метода Дю Нуи — в измерении усилия, необходимого для отрыва кольца от поверхности жидкости. При подъёме кольца жидкость стремится стечь с него, что приводит к постепенному утончению плёнки и отрыву измерительного приспособления.

Созданы даже специальные приборы для подобных измерений — тензиометры, максимально упростившие исследовательские ­процедуры.

Если вместо кольца в тензиометре взять пластину, то получится уже новый метод Вильгельми, отличающийся меньшей точностью, но не требующий знания плотности жидкости.

Очередной вариацией тензиометрических способов выступает метод ­Падди — в нём нет ни кольца, ни пластины, а есть цилиндр, отрывая который от поверхности жидкости, определяется величина «сигма».

Но некоторые жидкости имеют столь малое поверхностное натяжение, что вышеописанные методы им не подходят. И тогда на помощь придёт метод вращающейся капли. Для этого капля исследуемой жидкости помещается в стеклянную трубку с другой, более тяжёлой жидкой субстанцией. Далее трубку начинают вращать вдоль своей продольной оси, капля лёгкой жидкости вытягивается вдоль оси, принимая форму цилиндра. Измерив радиус этого своеобразного вращающегося цилиндра, можно узнать даже самые минимальные значения поверхностного натяжения жидкости.  

Капиллярные явления. Смачивание — Конспекты тем — Для уроков — Обучающимся

1. Прочитайте материал по капиллярным явлениям в природе

2. В прикрепленном файле выполнить одно из двух предложенных практических задания.

Оформить работу в Microsoft Word с фотоотчетом, расчетами и результатами. За дополнительные оценки можно выполнить обе работы )))

Удачи!

Среди процессов, которые можно объяснить с помощью поверхностного натяжения и смачивания жидкостей, стоит особо выделить капиллярные явления. Физика – это загадочная и необыкновенная наука, без которой жизнь на Земле была бы невозможна. Давайте рассмотрим наиболее яркий пример этой важной дисциплины.

В жизненной практике такие интересные с точки зрения физики процессы, как капиллярные явления, встречаются весьма часто. Все дело в том, что в повседневной жизни нас окружает много тел, которые легко впитывают в себя жидкость.

Причина этому – их пористая структура и элементарные законы физики, а результат – капиллярные явления.

Узкие трубки

Капилляр – это очень узкая трубка, в которой жидкость ведет себя особым образом. Примеров таких сосудов много в природе – капилляры кровеносной системы, пористых тел, почвы, растений и т. д.

Капиллярным явлением называется подъем или опускание жидкостей по узким трубкам. Такие процессы наблюдаются в естественных каналах человека, растений и других тел, а также в специальных узких сосудах из стекла. На картинке видно, что в сообщающихся трубках разной толщины установился разный уровень воды. Отмечено, что чем тоньше сосуд, тем выше уровень воды.

Эти явления лежат в основе впитывающих свойств полотенца, питания растений, движения чернил по стержню и многих других процессов.

Капиллярные явления в природе

Описанный выше процесс чрезвычайно важен для поддержания жизнедеятельности растений. Почва довольно рыхлая, между ее частицами существуют промежутки, которые представляют собой капиллярную сеть.

По этим каналам поднимается вода, питая корневую систему растений влагой и всеми необходимыми веществами.

По этим же капиллярам жидкость активно испаряется, поэтому необходимо производить вспахивание земли, которое разрушит каналы и удержит питательные вещества. И наоборот, прижатая земля быстрее испарит влагу. Этим обусловлена важность перепашки земли для удержания подпочвенной жидкости.

В растениях капиллярная система обеспечивает подъем влаги от мелких корешков до самых верхних частей, а через листья она испаряется во внешнюю среду.

Поверхностное натяжение и смачивание

В основе вопроса о поведении жидкости в сосудах лежат такие физические процессы, как поверхностное натяжение и смачивание. Капиллярные явления, обусловленные ими, изучаются в комплексе.

Под действием силы поверхностного натяжения смачивающая жидкость в капиллярах находится выше уровня, на котором она должна находиться согласно закону сообщающихся сосудов. И наоборот, несмачивающая субстанция располагается ниже этого уровня.

Так, вода в стеклянной трубке (смачивающая жидкость) поднимается на тем большую высоту, чем тоньше сосуд. Напротив, ртуть в стеклянной пробирке (несмачивающая жидкость) опускается тем ниже, чем тоньше эта емкость. Кроме того, как указано на картинке, смачивающая жидкость образует вогнутую форму мениска, а несмачивающая – выпуклую.

Смачивание

Это явление, которое происходит на границе, где жидкость соприкасается с твердым телом (другой жидкостью, газами). Оно возникает по причине особого взаимодействия молекул на границе их контакта.

Полное смачивание означает, что капля растекается по поверхности твердого тела, а несмачивание преобразует ее в сферу. На практике чаще всего встречается та или иная степень смачивания, нежели крайние варианты.

Сила поверхностного натяжения

Поверхность капли имеет шарообразную форму и причина этому закон, действующий на жидкости, – поверхностное натяжение.

Капиллярные явления связаны с тем, что вогнутая сторона жидкости в трубке стремится выпрямиться до плоского состояния благодаря силам поверхностного натяжения.

Это сопровождается тем, что наружные частицы увлекают за собой вверх тела, находящиеся под ними, и субстанция поднимается вверх по трубке. Однако жидкость в капилляре не может принимать плоскую форму поверхности, и этот процесс подъема продолжается до определенного момента равновесия. Чтобы рассчитать высоту, на которую поднимется (опустится) столб воды, нужно воспользоваться формулами, которые будут представлены ниже.

Расчет высоты подъема столба воды

Момент остановки подъема воды в узкой трубке наступает, когда сила тяжести Ртяж субстанции уравновесит силу поверхностного натяжения F. Этот момент определяет высоту подъема жидкости. Капиллярные явления обусловлены двумя разнонаправленными силами:

  • сила тяжести Ртяж заставляет жидкость опускаться вниз;
  • сила поверхностного натяжения F двигает воду вверх.

Сила поверхностного натяжения, действующая по окружности, где жидкость соприкасается со стенками трубки, равна:

F = σ2πr,

где r – радиус трубки.

Сила тяжести, действующая на жидкость в трубке равна:

Ртяж = ρπr2hg,

где ρ – плотность жидкости; h – высота столба жидкости в трубке;

Итак, субстанция прекратит подниматься при условии, что Ртяж = F, а это значит, что

ρπr2hg = σ2πr,

отсюда высота жидкости в трубке равна:

h=2σ/pqr.

Точно так же для несмачивающей жидкости:

h – это высота опускания субстанции в трубке. Как видно из формул, высота, на которую поднимется вода в узком сосуде (опустится) обратно пропорционально радиусу емкости и плотности жидкости. Это касается смачивающей жидкости и несмачивающей. При других условиях нужно делать поправку по форме мениска, что будет представлено в следующей главе.

Лапласовское давление

Как уже отмечалось, жидкость в узких трубках ведет себя так, что создается впечатление нарушения закона сообщающихся сосудов. Этот факт всегда сопровождает капиллярные явления. Физика объясняет это с помощью лапласовского давления, которое при смачивающей жидкости направлено вверх. Опуская очень узкую трубку в воду, наблюдаем, как жидкость втягивается на определенный уровень h. По закону сообщающихся сосудов, она должна была уравновеситься с внешним уровнем воды.

Это несоответствие объясняется направлением лапласовского давления pл:

pл=2σ/R,

В данном случае оно направлено вверх. Вода втягивается в трубку до уровня, где приходит уравновешивание с гидростатическим давлением pг столба воды:

pг=pqh,

а если pл=pг, то можно приравнять и две части уравнения:

2σ/R= pqh.

Теперь высоту h легко вывести в виде формулы:

h=2σ/pqR.

Когда смачивание полное, тогда мениск, который образует вогнутая поверхность воды, имеет форму полусферы, где Ɵ=0. В таком случае радиус сферы R будет равен внутреннему радиусу капилляра r. Отсюда получаем:

h=2σ/pqr.

А в случае неполного смачивания, когда Ɵ≠0, радиус сферы можно вычислить по формуле:

R=r/cosƟ.

Тогда искомая высота, имеющая поправку на угол, будет равна:

h=(2σ/pqr)cos Ɵ.

Из представленных уравнений видно, что высота h обратно пропорциональна внутреннему радиусу трубки r. Наибольшей высоты вода достигает в сосудах, имеющих диаметр человеческого волоса, которые и называются капиллярами. Как известно, смачивающая жидкость втягивается вверх, а несмачивающая – выталкивается вниз.

Можно провести эксперимент, взяв сообщающиеся сосуды, где один из них широкий, а другой – очень узкий. Налив туда воду, можно отметить разный уровень жидкости, причем в варианте со смачивающей субстанцией уровень в узкой трубке выше, а с несмачивающей – ниже.

Важность капиллярных явлений

Без капиллярных явлений существование живых организмов просто невозможно. Именно по мельчайшим сосудам человеческое тело получает кислород и питательные вещества. Корни растений – это сеть капилляров, которая вытягивает влагу из земли, донося ее до самых верхних листьев.

Простая бытовая уборка невозможна без капиллярных явлений, ведь по этому принципу ткань впитывает воду. Полотенце, чернила, фитиль в масляной лампе и множество устройств работает на этой основе. Капиллярные явления в технике играют важную роль при сушке пористых тел и других процессах.

Порой эти же явления дают нежелательные последствия, например, поры кирпича впитывают влагу. Чтобы избежать отсыревания зданий под воздействием грунтовых вод, нужно защитить фундамент с помощью гидроизолирующих материалов – битума, рубероида или толя.

Промокание одежды во время дождя, к примеру, брюк до самых колен от ходьбы по лужам также обязано капиллярным явлениям. Вокруг нас множество примеров этого природного феномена.

Эксперимент с цветами

Примеры капиллярных явлений можно найти в природе, особенно если говорить о растениях. Их стволы имеют внутри множество мелких сосудов. Можно провести эксперимент с окрашиванием цветка в какой-либо яркий цвет в результате капиллярных явлений.

Нужно взять ярко окрашенную воду и белый цветок (или лист пекинской капусты, стебель сельдерея) и поставить в стакан с этой жидкостью. Через какое-то время на листьях пекинской капусты можно наблюдать, как краска продвигается вверх. Цвет растения постепенно изменится соответственно краске, в которую он помещен. Это обусловлено движением субстанции вверх по стеблям согласно тем законам, которые были рассмотрены нами в этой статье.

Капиллярное действие и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Капиллярное действие

Капиллярное действие ….. в действии! Без капиллярного действия уровень воды во всех трубках был бы одинаковым. Трубки меньшего диаметра имеют большую относительную площадь поверхности внутри трубки, что позволяет капиллярному действию поднимать воду выше, чем в трубках большего диаметра

Кредит: доктор Кейт Хейворд

Даже если вы никогда не слышали о капиллярном действии, оно все равно важно в вашей жизни. Капиллярное действие важно для перемещения воды (и всего, что в ней растворено). Он определяется как движение воды внутри пористого материала за счет сил адгезии , сцепления и поверхностного натяжения .

Капиллярное действие происходит потому, что вода липкая, благодаря силам сцепления (молекулы воды любят оставаться близко друг к другу) и адгезии (молекулы воды притягиваются и прилипают к другим веществам).Адгезия воды к стенкам сосуда вызовет направленную вверх силу на жидкость по краям и приведет к образованию мениска , который поворачивается вверх. Поверхностное натяжение удерживает поверхность в целости. Капиллярное действие возникает, когда адгезия к стенкам сильнее, чем силы сцепления между молекулами жидкости. Высота, на которую капиллярный эффект будет забирать воду в однородной круглой трубке (рисунок справа), ограничена поверхностным натяжением и, конечно же, силой тяжести.

Вода не только имеет свойство склеиваться в каплях, она прилипает к стеклу, ткани, органическим тканям, почве и, к счастью, к волокнам бумажного полотенца. Окуните бумажное полотенце в стакан с водой, и вода «залезет» на бумажное полотенце. Фактически, он будет продолжать подниматься по полотенцу до тех пор, пока сила тяжести не станет слишком сильной, чтобы ее преодолеть.

Капиллярное действие происходит вокруг нас каждый день

Мы знаем, что никто никогда не пролит бутылку напитка Cherry Berry Go на Мона Лизу, но если это произойдет, капиллярное действие и бумажные полотенца помогут навести порядок.

  • Если вы окунете бумажное полотенце в воду, вы увидите, как оно «волшебным образом» взбирается вверх по полотенцу, будто игнорируя гравитацию.Вы видите капиллярное действие в действии, и «взбирание вверх» — это правильно — молекулы воды поднимаются по полотенцу и увлекают за собой другие молекулы воды. (Очевидно, Мона Лиза большая поклонница капиллярного действия!)
  • Растения и деревья не могут развиваться без капиллярного действия. Растения пускают в почву корни, которые способны переносить воду из почвы в растения. Вода, содержащая растворенные питательные вещества, проникает внутрь корней и начинает подниматься по тканям растения.Капиллярное действие способствует проникновению воды в корни. Но капиллярное действие может только «подтянуть» воду на небольшое расстояние, после чего она не сможет преодолеть силу тяжести. Чтобы вода достигла всех ветвей и листьев, силы адгезии и сцепления работают в ксилеме растения, перемещая воду к самому дальнему листу.
  • Капиллярное действие также важно для оттока постоянно производимой слезной жидкости из глаза. Две трубки крошечного диаметра, слезные протоки, находятся во внутреннем углу века; эти протоки выделяют слезы в глаза.(Источник: Википедия)
  • Может быть, вы использовали перьевую ручку … или, может быть, ваши родители, бабушки и дедушки. Чернила перемещаются из резервуара в корпусе ручки вниз к кончику и в бумагу (которая состоит из крошечных бумажных волокон и воздушных промежутков между ними), а не просто превращаются в каплю. Конечно, гравитация ответственна за движение чернил «вниз» к кончику пера, но необходимо капиллярное действие, чтобы чернила текли на бумагу.

Доказательство в пудинге

… То есть в сельдерее

Вы можете увидеть капиллярное действие в действии (хотя и медленно), выполнив эксперимент, в котором вы поместите нижнюю часть стебля сельдерея в стакан с водой с пищевым красителем и наблюдаете за переходом цвета к верхним листьям сельдерея. Возможно, вы захотите использовать кусок сельдерея, который начал увядать, так как он нуждается в быстром питье. Это может занять несколько дней, но, как показывают эти фотографии, цветная вода «тянется» вверх против силы тяжести.Этот эффект возникает потому, что в растениях молекулы воды движутся по узким трубкам, которые называются капиллярами (или ксилемой).

Как вы думаете, вы много знаете о свойствах воды?
Пройдите нашу интерактивную викторину «Правда / ложь» и проверьте свои знания о воде.

Источники и дополнительная информация

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение измеряется как энергия, необходимая для увеличения поверхности площадь жидкости на единицу площади.Поверхностное натяжение жидкости возникает из-за дисбаланса межмолекулярных сил притяжения, когезионная связь силы между молекулами:

  • Молекула в объеме жидкости испытывает сцепление силы с другими молекулами во всех направлениях.
  • Молекула на поверхности жидкости испытывает только чистые внутренние силы сцепления.

Вид воды под микроскопом показывает разницу между молекулами на поверхности жидкости и молекул воды внутри жидкости.

Молекулы на поверхность этого образца жидкой воды не окружена другими молекулы воды. Молекулы внутри образца окружены другие молекулы. Неуравновешенное притяжение молекул на поверхности жидкости имеет тенденцию втягивать молекулы обратно в объем жидкость, оставляющая минимальное количество молекул на поверхности. Это требуется энергия для увеличения площади поверхности жидкости, потому что площадь поверхности содержит больше молекул в несбалансированной ситуации.

Сила сцепления

Силы притяжения между жидкостью и твердой поверхностью называются клеем . сил . Разница в силе между силами сцепления и силы сцепления определяют поведение жидкости при контакте с твердая поверхность.
  • Вода не смачивает вощеные поверхности, поскольку силы внутри капель сильнее, чем силы сцепления между капли и воск.
  • Вода смачивает стекло и растекается по нему, потому что силы сцепления между жидкостью и стеклом сильнее, чем силы сцепления в воде.

Формирование мениска

Когда жидкая вода находится в трубке, ее поверхность (мениск) имеет вогнутую форму, потому что вода смачивает поверхность и подкрадывается в сторону. Ртуть не смачивает стекло — силы сцепления внутри капель сильнее, чем силы сцепления между каплями и стекло. Когда жидкая ртуть находится в трубке, ее поверхность (мениск) имеет выпуклую форму, поскольку силы сцепления в жидкой ртути стремятся нарисовать его в капле.

Капиллярное действие

Капиллярное действие — это подъем жидкости, смачивающей трубку изнутри. трубки малого диаметра (т.е.е., капилляр), погруженный в жидкость.
  • Жидкость ползет по внутренней части трубки (в результате сил сцепления между жидкостью и внутренними стенками трубки), пока клей а силы сцепления жидкости уравновешиваются ее весом.
  • Чем меньше диаметр трубки, тем выше поднимается жидкость.

Капиллярное действие — Химия LibreTexts

Капиллярное действие можно определить как подъем жидкости через тонкую трубку, цилиндр или проницаемое вещество за счет адгезионных и когезионных сил, взаимодействующих между жидкостью и поверхностью. Когда межмолекулярные связи самой жидкости существенно хуже, чем поверхность вещества, с которым она взаимодействует, возникает капиллярность . Также диаметр контейнера, а также силы тяжести будут определять количество поднимаемой жидкости. Хотя вода обладает этим уникальным свойством, жидкость, подобная ртути, не будет обладать такими же свойствами из-за того, что она имеет более высокую силу сцепления, чем силу сцепления.

Силы в капиллярном действии

Три основные переменные, которые определяют, обладает ли жидкость капиллярным действием:

  • Сила сцепления : Это межмолекулярная связь вещества, при котором его взаимное притяжение заставляет их сохранять определенную форму жидкости.
  • Поверхностное натяжение : Это происходит в результате схожих молекул, сил когезии, которые объединяются вместе, образуя непроницаемую поверхность на водоеме. Поверхностное натяжение измеряется в Ньютон / метр.
  • Сила сцепления : Когда возникают силы притяжения между разнородными молекулами, это называется силами сцепления.

Капиллярное действие возникает только тогда, когда силы адгезии в жидкости превышают силы сцепления, которые неизбежно становятся поверхностным натяжением.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): можно увидеть, что в воде сила адгезионных сил больше, чем сила когезионных сил. Это приводит к образованию вогнутой формы воды в капиллярной трубке; это известно как капиллярное притяжение. В качестве альтернативы для ртути силы сцепления больше, чем силы сцепления, что позволяет мениску отклоняться от стенок капиллярной трубки. Это известно как капиллярное отталкивание. Commons.wikimedia.org/wiki/Fi… (PSF) (bjl) .svg

Хороший способ запомнить разницу между адгезионными и когезионными силами состоит в том, что с и гестивными силами вы добавляете другой набор молекул, молекул поверхности, для жидкости связь с. При силе взрыва co молекулы жидкости будут только co работать со своим собственным видом. Снижение поверхностного натяжения также увеличивает капиллярное действие. Это связано с тем, что уменьшение поверхностного натяжения означает, что межмолекулярные силы уменьшаются, тем самым уменьшая силы сцепления.В результате капиллярное действие будет еще больше.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Масштабируемая иллюстрация капиллярного действия для капилляров с большим и малым отверстием, а также для положительных и отрицательных углов смачивания. (Общественное достояние; Эдуард Конечный через Википедию).

Приложения

Практическое использование капиллярного действия очевидно во всех формах нашей повседневной жизни. Это позволяет эффективно и эффективно выполнять наши задачи. Некоторые применения этого уникального свойства включают:

  • Основные свойства используются для поглощения воды с помощью бумажных полотенец.Благодаря своим когезионным и адгезионным свойствам жидкость попадает в бумажное полотенце. Жидкость течет в бумажное полотенце с определенной скоростью.
  • Метод, называемый тонкослойной хроматографией, использует капиллярное действие, при котором слой жидкости используется для отделения смесей от веществ.
  • Капиллярное действие естественным образом помогает нам выкачивать слезную жидкость в глаза. Этот процесс очищает глаза и удаляет всю пыль и частицы, которые находятся вокруг протоков глаза.
  • Для выработки энергии: Капиллярное действие можно использовать в качестве источника возобновляемой энергии.Позволяя воде подниматься по капиллярам, ​​испаряться, когда достигает вершины, конденсату и опускаться вниз, вращая турбину на своем пути для создания энергии, капиллярное действие может производить электричество! Хотя эта идея все еще находится в разработке, она показывает потенциал, который имеет капиллярное действие, и насколько это важно.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Капиллярное действие проявляется в природе повсюду вокруг нас. Свойства позволяют воде проникать через ксилему растения.Вода начинается с корней и поднимается вверх к самым высоким ветвям растения. commons.wikimedia.org/wiki/File:GemeineFichte.jpg

При измерении уровня жидкости в пробирке или бюретке для получения точных показаний обязательно измерять уровень жидкости на линии мениска. Можно измерить высоту (обозначенную буквой h) пробирки, бюретки или другого столба с жидкостью, используя формулу:

\ [h = \ dfrac {2 \ gamma \ cos \ theta} {\ rho \; g \; r} \]

В этой формуле

  • γ представляет собой поверхностное натяжение в среде жидкость-воздух,
  • θ — угол контакта или степень контакта,
  • ρ — плотность жидкости в представительном столбе,
  • g — ускорение под действием силы тяжести и
  • r — радиус трубки, в которой находится жидкость.{-5}} {r} \]

    Однако для выполнения этой формулы должны выполняться следующие условия.

    • γ = 0,0728 Н / м (при температуре воды 20 ° C)
    • θ = 20 °
    • ρis 1000 кг / м 3
    • г = 9,8 м / с 2

    Формула для определения объема жидкости, переносимой в среде:

    Когда определенные пористые объекты сталкиваются с жидкой средой, она начинает поглощать жидкость со скоростью, которая фактически уменьшается с течением времени.Эта формула записывается как:

    \ [V = S * A \ sqrt {t} \]

    В этой конкретной формуле

    • A — мокрая зона (поперечное сечение),
    • S — сорбционная способность (способность среды поглощать за счет процесса капиллярного действия),
    • В — объем жидкости, абсорбированной во времени, т .

    Вопросы

    1. Назовите один способ усиления капиллярного действия и один способ его уменьшения.
    2. Если сцепление больше адгезии, будет ли мениск выпуклым или вогнутым?
    3. Какой была бы высота жидкости в столбе на Земле с поверхностным натяжением жидкость-воздух 0f 0,0973 Н / м, углом смачивания 30 градусов, плотностью 1200 кг / м 3 ? Учтите, что радиус трубки составляет 0,2 метра.
    4. Какова будет высота воды в стеклянной трубке радиусом 0,6 мм?

    Решения

    1. Увеличьте капиллярное действие: увеличьте температуру, уменьшите диаметр капиллярной трубки, выполните любое количество действий для уменьшения поверхностного натяжения и т. Д.! Уменьшение капиллярного действия: шаги, противоположные шагам, которые вы предпримете для увеличения, также увеличивают плотность жидкости, с которой вы работаете.
    2. Мениск приведет к выпуклому образованию.
    3. Используя формулу выше, высота жидкости составит 7,165 * 10 -5 м в высоту.
    4. Используя приведенную выше формулу, высота воды в стеклянной трубке составит 0,014 м.

    Список литературы

    1. Петруччи, Ральф и Уильям Харвуд. Ф. Джеффри Херринг. Джеффри Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. 9 изд. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон, 2007.
    2. Циклический гравитационный генератор энергии капиллярного действия для тепличной жидкости, Р. Смит, 9.11.2005 14:38,
    3. Капиллярное действие, Википедия
    4. Capillary Action, от USGS Water Science for Schools. USGS Georgia Water Science Center — Домашняя страница . Интернет. 4 июня 2011 г.

    Авторы и авторство

    • Ахилл Пейрис, Бекки Штейн

    Что такое капиллярное действие и как на него влияет сила тяжести? Ariel & Michal

    Капиллярное действие (или капиллярность) описывает способность жидкости течь против силы тяжести в узком пространстве, таком как тонкая трубка.

    Этот спонтанный подъем жидкости является результатом действия двух противоборствующих сил:

    Когезия — силы притяжения между похожими молекулами или атомами, в нашем случае молекулами или атомами жидкости. Вода, например, характеризуется высокой когезией, поскольку каждая молекула воды может образовывать четыре водородные связи с соседними молекулами.

    Адгезия — силы притяжения между разнородными молекулами или атомами, в нашем случае площадь контакта между частицами жидкости и частицами, образующими трубку.

    Капиллярность жидкости считается высокой, когда адгезия больше, чем когезия, и наоборот. Следовательно, знания жидкости недостаточно, чтобы определить, когда произойдет капиллярное действие, поскольку мы также должны знать химический состав трубки. Эти два параметра вместе с площадью контакта (диаметром трубки) составляют ключевые переменные. Например, вода в тонкой стеклянной трубке имеет сильные силы сцепления из-за водородных связей, которые образуются между молекулами воды и атомами кислорода в стенке трубки (стекло = диоксид кремния = SiO 2 ).Напротив, ртуть характеризуется более сильным сцеплением, и, следовательно, ее капиллярность намного ниже.

    Высота ( ч) жидкости внутри трубки определяется формулой

    Так что здесь происходит?

    В случае, если силы адгезии больше, чем силы сцепления и силы тяжести (когда они существуют), молекулы жидкости цепляются за стенку трубки. Мы увидим, что верхняя поверхность жидкости становится вогнутой (высота жидкости в области контакта больше, чем ее высота в центре трубки). Силы сцепления между молекулами жидкости «пытаются» уменьшить поверхностное натяжение (, т.е. , чтобы сплющить верхнюю поверхность жидкости и, таким образом, предотвратить увеличение площади поверхности в вогнутом состоянии). При этом молекулы продолжают подниматься вверх до тех пор, пока не будет достигнуто устойчивое состояние между сцеплением и адгезией (с гравитационной составляющей или без нее).

    Это также объясняет, почему это явление происходит исключительно в тонких трубках (также в отсутствие силы тяжести).В более широких сосудах только небольшая часть жидкости контактирует со стенками сосуда, поэтому силы сцепления незначительны, и жидкость почти не поднимается.

    Многие повседневные явления являются результатом действия капилляров, в том числе:

    (1) Керосиновая лампа или свеча, «всасывающая» масло или жидкий воск, соответственно.

    (2) Вода поднимается вверх по микроскопическим волокнам бумажных полотенец.

    (3) Расположенные на внутренних концах каждого глаза слезные протоки отводят наши слезы с помощью

    капиллярное действие.

    (4) В хроматографии, метод разделения растворенных веществ, различные растворенные вещества поднимаются вверх по шкале

    .

    поверхности неподвижной фазы с разной скоростью, что приводит к разделению (см. Рисунок

    тонкослойная хроматография ниже).

    И напоследок интересная мелочь:

    Знаете ли вы, что первая опубликованная научная статья Альберта Эйнштейна посвящена капиллярному действию? Опубликованный на немецком языке в 1901 году, он был озаглавлен Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen («Выводы, сделанные из феномена капиллярности»).

    Взято из Википедии

    Доктор Ави Сайг

    Отделение нейробиологии и Институт Дэвидсона

    Научный институт Вейцмана

    Примечание к читателю

    Если вы сочтете эти объяснения недостаточно ясными или у вас есть дополнительные вопросы по этой теме, напишите об этом на нашем форуме, и мы ответим на ваши комментарии. Ваши предложения и конструктивная критика всегда приветствуются.

    Поверхностное натяжение и капиллярное действие — College Physics

    Когезия и адгезия в жидкостях

    Дети надувают мыльные пузыри и играют с брызгами разбрызгивателя в жаркий летний день. (См. (Рисунок).) Подводный паук сохраняет запасы воздуха в блестящем пузыре, который он несет, обернутым вокруг себя. Техник набирает кровь в трубку малого диаметра, просто прикоснувшись к капле на уколотом пальце. Недоношенный ребенок изо всех сил пытается надуть легкие. Что общего? Во всех этих действиях доминируют силы притяжения между атомами и молекулами в жидкостях — как внутри жидкости, так и между жидкостью и ее окружением.

    Силы притяжения между молекулами одного типа называются силами сцепления. Например, жидкости можно хранить в открытых контейнерах, поскольку силы сцепления удерживают молекулы вместе. Силы притяжения между молекулами разных типов называются силами сцепления. Такие силы заставляют капли жидкости прилипать, например, к оконным стеклам. В этом разделе мы исследуем эффекты, непосредственно связанные с силами сцепления и сцепления в жидкостях.

    Силы сплочения

    Силы притяжения между молекулами одного типа называются силами сцепления.

    Сила сцепления

    Силы притяжения между молекулами разных типов называются силами сцепления.

    Мыльные пузыри на этой фотографии вызваны силами сцепления между молекулами в жидкостях. (кредит: Стив Форд Эллиотт)

    Поверхностное натяжение

    Силы сцепления между молекулами заставляют поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади. Этот общий эффект называется поверхностным натяжением. Молекулы на поверхности притягиваются внутрь за счет сил сцепления, уменьшая площадь поверхности.Молекулы внутри жидкости испытывают нулевую результирующую силу, поскольку у них есть соседи со всех сторон.

    Поверхностное натяжение

    Силы сцепления между молекулами заставляют поверхность жидкости сжиматься до минимально возможной площади. Этот общий эффект называется поверхностным натяжением.

    Выполнение соединений: поверхностное натяжение

    Силы между атомами и молекулами лежат в основе макроскопического эффекта, называемого поверхностным натяжением. Эти силы притяжения сближают молекулы и стремятся минимизировать площадь поверхности.Это еще один пример субмикроскопического объяснения макроскопического явления.

    Модель поверхности жидкости, действующей как растянутый эластичный лист, может эффективно объяснить эффекты поверхностного натяжения. Например, некоторые насекомые могут ходить по воде (а не плавать в ней), как мы ходим по батуту — они вмятины на поверхности, как показано на (Рисунок) (a). (Рисунок) (b) показывает другой пример, где игла упирается в поверхность воды. Железная игла не может и не плавает, потому что ее плотность больше плотности воды.Скорее, его вес поддерживается силами растянутой поверхности, которые пытаются сделать поверхность меньше или более плоской. Если бы игла была помещена на поверхность острием вниз, ее вес, действующий на меньшую площадь, сломал бы поверхность, и она утонула бы.

    Поверхностное натяжение, выдерживающее вес насекомого и железной иглы, лежащих на поверхности, не проникая в нее. Они не плавают; скорее, они поддерживаются поверхностью жидкости. (а) Нога насекомого вмятина в поверхность воды.- восстанавливающая сила (поверхностное натяжение), параллельная поверхности. (b) Железная игла аналогичным образом вдавливает поверхность воды до тех пор, пока восстанавливающая сила (поверхностное натяжение) не станет равной ее весу.

    Поверхностное натяжение пропорционально силе когезии, которая зависит от типа жидкости. Поверхностное натяжение определяется как сила F на единицу длины, прилагаемая растянутой жидкой мембраной:

    (рисунок) перечисляет значения для некоторых жидкостей. Для насекомого по (Рисунок) (а) его вес поддерживается направленными вверх компонентами силы поверхностного натяжения:, где — окружность ступни насекомого, контактирующей с водой.(Рисунок) показывает один способ измерения поверхностного натяжения. Пленка жидкости оказывает давление на подвижный провод, пытаясь уменьшить его площадь поверхности. Величина этой силы зависит от поверхностного натяжения жидкости и может быть точно измерена.

    Поверхностное натяжение является причиной образования пузырьков и капель жидкостей. Сила внутреннего поверхностного натяжения приводит к тому, что пузырьки становятся приблизительно сферическими, и давление газа, заключенного внутри, увеличивается по сравнению с атмосферным давлением снаружи.Можно показать, что манометрическое давление внутри сферического пузырька равно

    где — радиус пузыря. Таким образом, давление внутри пузыря наибольшее, когда пузырек самый маленький. Еще одно свидетельство этого показано на (Рисунок). Когда воздух проходит между двумя воздушными шарами неравного размера, меньший воздушный шар имеет тенденцию к сжатию, заполняя большой воздушный шар.

    Устройство скользящей проволоки, используемое для измерения поверхностного натяжения; устройство прилагает силу, уменьшающую площадь поверхности пленки. Сила, необходимая для удержания проволоки на месте, равна, поскольку к проволоке прикреплены двух жидких поверхностей . Эта сила остается почти постоянной при растяжении пленки, пока пленка не приблизится к точке разрыва.

    При закрытом клапане к каждому концу трубки прикреплены два баллона разного размера. При открытии клапана меньший баллон уменьшается в размере, а воздух движется, заполняя большой баллон. Давление в сферическом воздушном шаре обратно пропорционально его радиусу, так что меньший шар имеет большее внутреннее давление, чем больший шар, что приводит к этому потоку.

    Поверхностное натяжение: давление внутри пузыря

    Рассчитайте манометрическое давление внутри мыльного пузыря по радиусу, используя поверхностное натяжение мыльной воды (рисунок). Преобразуйте это давление в мм рт.

    Стратегия

    Приведен радиус, а поверхностное натяжение можно найти на (Рисунок), поэтому его можно найти непосредственно из уравнения.

    Решение

    Подставляя и в уравнение, получаем

    Мы используем коэффициент преобразования, чтобы получить единицы измерения в мм рт. Ст .:

    Обсуждение

    Обратите внимание, что если бы в пузыре было проделано отверстие, воздух был бы вытеснен, радиус пузыря уменьшился бы, а давление внутри повысилось бы на до атмосферного давления (760 мм рт. Ст.).

    Наши легкие содержат сотни миллионов выстланных слизью мешочков, называемых альвеол , которые очень похожи по размеру и имеют диаметр около 0,1 мм. (См. (Рисунок).) Вы можете выдохнуть без мышечной активности, позволяя поверхностному натяжению сокращать эти мешочки. У медицинских пациентов, дыхание которых обеспечивается респиратором с положительным давлением, в легкие вдувается воздух, но обычно им разрешается выдыхать самостоятельно. Даже если есть паралич, поверхностное натяжение альвеол вытеснит воздух из легких. Поскольку давление увеличивается по мере уменьшения радиуса альвеол, время от времени требуется глубокий очищающий вдох, чтобы полностью наполнить альвеолы. Респираторы запрограммированы на это, и мы считаем естественным, как и наши собаки и кошки, сделать очищающий вдох перед тем, как уснуть.

    Бронхи в легких разветвляются на все более мелкие структуры, в конце концов заканчивающиеся альвеолами. Альвеолы ​​действуют как крошечные пузырьки. Поверхностное натяжение слизистой оболочки помогает при выдохе и может предотвратить вдох, если оно слишком велико.

    Напряжение стенок альвеол возникает из-за мембранной ткани и жидкости на стенках альвеол, содержащей длинный липопротеин, который действует как сурфактант (вещество, снижающее поверхностное натяжение). Потребность в поверхностно-активном веществе возникает из-за тенденции небольших альвеол к разрушению, а воздух заполняет более крупные альвеолы, делая их еще больше (как показано на (Рисунок)). Во время ингаляции молекулы липопротеинов растягиваются, и натяжение стенок увеличивается с увеличением радиуса (повышенное поверхностное натяжение). Во время выдоха молекулы снова скользят вместе, и поверхностное натяжение уменьшается, помогая предотвратить коллапс альвеол. Таким образом, поверхностно-активное вещество служит для изменения натяжения стенки, так что маленькие альвеолы ​​не разрушаются, а большие альвеолы ​​не расширяются слишком сильно. Это изменение натяжения является уникальным свойством этих поверхностно-активных веществ и не присуще моющим средствам (которые просто снижают поверхностное натяжение). (См. (Рисунок).)

    Поверхностное натяжение как функция площади поверхности. Поверхностное натяжение легочного сурфактанта уменьшается с уменьшением площади.Это гарантирует, что маленькие альвеолы ​​не разрушатся, а большие альвеолы ​​не смогут чрезмерно расшириться.

    Если вода попадает в легкие, поверхностное натяжение слишком велико, и вы не можете вдохнуть. Это серьезная проблема при реанимации утопающих. Подобная проблема возникает у новорожденных, рожденных без этого сурфактанта — их легкие очень трудно надуть. Это состояние известно как болезнь гиалиновых мембран и является основной причиной смерти младенцев, особенно при преждевременных родах.Некоторый успех был достигнут в лечении болезни гиалиновых мембран путем распыления сурфактанта в дыхательные пути младенца. Эмфизема вызывает противоположные проблемы с альвеолами. Альвеолярные стенки жертв эмфиземы разрушаются, и мешочки объединяются, образуя более крупные мешочки. Поскольку давление, создаваемое поверхностным натяжением, уменьшается с увеличением радиуса, эти более крупные мешочки создают меньшее давление, что снижает способность жертв эмфиземы выдыхать. Распространенный тест на эмфизему — измерение давления и объема выдыхаемого воздуха.

    Установление связей: расследование на вынос

    (1) Попробуйте опустить швейную иглу на воду. Чтобы это действие работало, игла должна быть очень чистой, так как даже масла с ваших пальцев может быть достаточно, чтобы повлиять на свойства поверхности иглы. (2) Поместите щетину кисти в воду. Вытяните щетку и обратите внимание, что на короткое время щетина слипнется. Поверхностное натяжение воды, окружающей щетинки, достаточно для удержания щетинок вместе.По мере высыхания щетины эффект поверхностного натяжения исчезает. (3) Поместите петлю нити на поверхность неподвижной воды так, чтобы нить полностью контактировала с водой. Обратите внимание на форму петли. Теперь поместите каплю моющего средства в середину петли. Что происходит с формой петли? Почему? (4) Посыпьте перцем поверхность воды. Добавьте каплю моющего средства. Что случилось? Почему? (5) Поставьте две спички параллельно друг другу и добавьте между ними каплю моющего средства. Что случилось? Примечание. Для каждого нового эксперимента воду необходимо заменять, а миску промывать, чтобы удалить остатки моющего средства.

    Адгезия и капиллярное действие

    Почему вода разбрызгивается на вощеной машине, а на голой краске — нет? Ответ заключается в том, что силы сцепления между водой и воском намного меньше, чем между водой и краской. Конкуренция между силами адгезии и когезии важна в макроскопическом поведении жидкостей. Важным фактором в изучении роли этих двух сил является угол между касательной к поверхности жидкости и поверхностью. (См. (Рисунок).Угол контакта напрямую связан с относительной силой сил сцепления и сцепления. Чем больше сила сцепления по сравнению с силой сцепления, тем она больше и тем больше жидкость имеет тенденцию к образованию капель. Чем меньше, тем меньше относительная прочность, так что сила сцепления способна сплющить каплю. (Рисунок) перечислены углы смачивания для нескольких комбинаций жидкостей и твердых тел.

    Угол контакта

    Угол между касательной к поверхности жидкости и поверхностью называется краевым углом.

    На фотографии водяные бусинки на вощеной автомобильной краске и расплющиваются на невощеной. (а) Вода образует шарики на вощеной поверхности, потому что силы сцепления, ответственные за поверхностное натяжение, больше, чем силы сцепления, которые стремятся сплющить каплю. (b) Водяные шарики на голой краске значительно сглаживаются, потому что силы сцепления между водой и краской велики, преодолевая поверхностное натяжение. Угол контакта напрямую связан с относительной силой сил сцепления и сцепления.Чем больше, тем больше отношение сил сцепления к силам сцепления. (Источник: П. П. Урон)

    Одним из важных явлений, связанных с относительной силой сил когезии и адгезии, является капиллярное действие — тенденция жидкости подниматься или подавляться в узкой трубке или капиллярной трубке . Это действие заставляет кровь втягиваться в трубку малого диаметра, когда трубка касается капли.

    Капиллярное действие

    Тенденция жидкости подниматься или подавляться в узкой трубке или капиллярной трубке называется капиллярным действием.

    Если капиллярная трубка помещается в жидкость вертикально, как показано на (Рисунок), капиллярное действие поднимет или подавит жидкость внутри трубки в зависимости от комбинации веществ. Фактический эффект зависит от относительной силы когезионных и адгезионных сил и, таким образом, от угла смачивания, указанного в таблице. Если меньше, то жидкость поднимется; если больше, то он будет подавлен. Ртуть, например, имеет очень большое поверхностное натяжение и большой угол контакта со стеклом.При помещении в трубку поверхность столбика ртути изгибается вниз, как капля. Изогнутая поверхность жидкости в трубке называется мениском . Поверхностное натяжение всегда имеет тенденцию к уменьшению площади поверхности. Таким образом, поверхностное натяжение сглаживает изогнутую поверхность жидкости в капиллярной трубке. Это приводит к действию направленной вниз силы в ртути и восходящей силы в воде, как показано на (Рисунок).

    (а) Ртуть подавляется в стеклянной трубке, потому что ее угол смачивания больше.Поверхностное натяжение оказывает направленное вниз усилие, поскольку оно сглаживает ртуть, подавляя ее в трубке. Пунктирная линия показывает форму поверхности ртути без сглаживающего эффекта поверхностного натяжения. (б) Вода поднимается в стеклянной трубке, потому что угол смачивания близок. Таким образом, поверхностное натяжение проявляет восходящую силу, когда оно выравнивает поверхность, чтобы уменьшить ее площадь.

    Капиллярное действие может перемещать жидкости по горизонтали на очень большие расстояния, но высота, на которую он может поднимать или подавлять жидкость в трубке, ограничена ее весом.Можно показать, что эта высота равна

    .

    Если мы посмотрим на различные факторы в этом выражении, мы сможем увидеть, насколько оно имеет смысл. Высота прямо пропорциональна поверхностному натяжению, которое является его прямой причиной. Кроме того, высота обратно пропорциональна радиусу трубы — чем меньше радиус, тем выше можно поднять жидкость, поскольку меньшая труба удерживает меньшую массу. Высота также обратно пропорциональна плотности жидкости, поскольку большая плотность означает большую массу в том же объеме.(См. (Рисунок).)

    (a) Капиллярное действие зависит от радиуса трубки. Чем меньше размер трубки, тем больше достигается высота. Для труб большого радиуса высота незначительна. (b) Более плотная жидкость в той же трубке поднимается на меньшую высоту, при прочих равных условиях.

    Расчет радиуса капиллярной трубки: капиллярное действие: сок дерева

    Может ли капиллярное действие быть единственно ответственным за образование сока на деревьях? Чтобы ответить на этот вопрос, вычислите радиус капиллярной трубки, которая поднимет сок на 100 м на вершину гигантского красного дерева, при условии, что плотность сока равна, его контактный угол равен нулю, а его поверхностное натяжение такое же, как у воды при .

    Стратегия

    Высота, на которую жидкость поднимется в результате капиллярного действия, дается выражением, и все величины известны, кроме.

    Решение

    Поиск и замена известных значений дает

    Обсуждение

    Такой результат необоснован. Сок в деревьях движется через ксилему , которая образует трубки с радиусом не менее. Это значение примерно в 180 раз больше радиуса, необходимого для подъема сока.Это означает, что только капиллярное действие не может нести единоличную ответственность за попадание сока на верхушки деревьев.

    Как сок попадает на вершины высоких деревьев? (Напомним, что столб воды может подняться на высоту 10 м только при наличии вакуума наверху — см. (Рисунок).) Вопрос не был полностью решен, но похоже, что он поднимается вверх, как цепь. удерживаются вместе силами сцепления. Когда каждая молекула сока попадает в лист и испаряется (процесс, называемый транспирацией), вся цепочка поднимается на ступеньку выше.Таким образом, должно присутствовать отрицательное давление, создаваемое испарением воды, чтобы втягивать сок через сосуды ксилемы. В большинстве ситуаций жидкости могут толкать, но могут оказывать лишь незначительное притяжение , потому что силы сцепления кажутся слишком маленькими, чтобы удерживать молекулы плотно вместе. Но в этом случае сила сцепления молекул воды обеспечивает очень сильное притяжение. (Рисунок) показывает одно устройство для изучения отрицательного давления. Некоторые эксперименты показали, что может быть достигнуто отрицательное давление, достаточное для того, чтобы подтянуть сок к вершинам самых высоких деревьев .

    (а) Когда поршень поднимается, он слегка растягивает жидкость, создавая в ней давление и создавая отрицательное абсолютное давление. (b) Жидкость в конце концов отделяется, что дает экспериментальный предел отрицательному давлению в этой жидкости.

    Капиллярный подъем — поверхностное натяжение

    Жидкость с плотностью $ \ rho $ и поверхностным натяжением $ \ sigma $ поднимается в капилляре внутреннего радиуса $ r $ на высоту \ begin {align} h = \ frac {2 \ sigma \ cos \ theta} {\ rho g r} \ end {align} где $ \ theta $ — угол контакта мениска жидкости с поверхностью капилляра.

    Жидкость поднимается за счет сил адгезии, когезии и поверхностного натяжения. Если сила сцепления (жидкость-капилляр) больше, чем сила сцепления (жидкость-жидкость), тогда жидкость поднимается, как в случае подъема воды в стеклянном капилляре. В этом случае контактный угол составляет менее 90 градусов, а мениск вогнутый. Если сила адгезии меньше силы сцепления, тогда жидкость вдавливается, как в случае ртути в стеклянном капилляре. В этом случае контактный угол больше 90 градусов, а мениск выпуклый.2 h \ rho g $) уравновешивается направленной вверх силой за счет поверхностного натяжения ($ 2 \ pi r \ sigma \ cos \ theta $). Эта формула также может быть получена с использованием баланса давления.

    Эксперимент с капиллярным подъемом используется для измерения поверхностного натяжения жидкости.

    Решенные проблемы с подъемом капилляров

    Проблема из IIT JEE 2014

    Стеклянная капиллярная трубка имеет форму усеченного конуса с углом при вершине $ \ alpha $, так что два ее конца имеют поперечное сечение разного радиуса.При вертикальном погружении в воду вода поднимается в ней на высоту $ h $, где радиус ее поперечного сечения равен $ b $. Если поверхностное натяжение воды составляет $ S $, ее плотность $ \ rho $, а угол контакта со стеклом $ \ theta $, значение $ h $ будет (где $ g $ — ускорение свободного падения) ,

    1. $ \ frac {2S} {b \ rho g} \ cos (\ theta- \ alpha) $
    2. $ \ frac {2S} {b \ rho g} \ cos (\ theta + \ alpha) $
    3. $ \ frac {2S} {b \ rho g} \ cos (\ theta- \ alpha / 2) $
    4. $ \ frac {2S} {b \ rho g} \ cos (\ theta + \ alpha / 2) $

    Решение: Пусть $ R $ — радиус мениска, образованного краевым углом $ \ theta $ (см. Рисунок).По геометрии этот радиус составляет угол $ \ theta + \ frac {\ alpha} {2} $ с горизонтом и, \ begin {align} \ label {oxb: eqn: 1} \ cos \ left (\ theta + \ tfrac {\ alpha} {2} \ right) = {b} / {R}. \ end {align}

    Пусть $ P_0 $ — атмосферное давление, а $ P_1 $ — давление чуть ниже мениска. Избыточное давление на вогнутой стороне мениска радиуса $ R $ составляет, \ begin {align} \ label {oxb: eqn: 2} P_0-P_1 = {2S} / {R}. \ end {align} Гидростатическое давление дает, \ begin {align} \ label {oxb: eqn: 3} P_0-P_1 = h \ rho g.\ end {align} Удалите $ (P_0-P) $ из второго и третьего уравнений и замените $ R $ из первого уравнения, чтобы получить, \ begin {align} h = \ frac {2S} {\ rho g R} = \ frac {2S} {b \ rho g} \ cos \ left (\ theta + \ tfrac {\ alpha} {2} \ right). \ nonumber \ end {align}

    Проблема из IIT JEE 2018

    Однородная капиллярная трубка с внутренним радиусом $ r $ вертикально погружается в стакан с водой. В капиллярной трубке вода поднимается на высоту $ h $ над поверхностью воды в стакане. Поверхностное натяжение воды $ \ sigma $.Угол контакта воды со стенкой капиллярной трубки равен $ \ theta $. Не обращайте внимания на массу воды в мениске. Какое из следующих утверждений верно (верно)?

    1. Для данного материала капиллярной трубки $ h $ уменьшается с увеличением $ r $.
    2. Для данного материала капиллярной трубки $ h $ не зависит от $ \ sigma $.
    3. Если этот эксперимент проводится в лифте, поднимающемся с постоянным ускорением, то $ h $ уменьшается.
    4. $ h $ пропорционален краевому углу $ \ theta $.2 ч \ rho (g + a) $. Таким образом, высота подъема воды в капилляре становится равной \ begin {align} h = \ frac {2 \ sigma \ cos \ theta} {r \ rho (g + a)} = \ frac {2 \ sigma \ cos \ theta} {r \ rho g_ \ text {eff}}, \ nonumber \ end {align} где $ g_ \ text {eff} $ — эффективный $ g $ в лифте. Следовательно, $ h $ уменьшаются, если эксперимент проводится в лифте, поднимающемся с постоянным ускорением. Можете ли вы угадать значение $ h $, если эксперимент проводится при свободно падающем лифте?

      Вопросы о повышении капилляров

      Вопрос 1: В эксперименте по измерению поверхностного натяжения воды с использованием метода капиллярного подъема студент использует капилляр, длина которого короче высоты капиллярного подъема (полученная теоретически для этого капилляра).Какое из следующих утверждений верно?

      Вопрос 2: В эксперименте по измерению поверхностного натяжения жидкости с использованием метода капиллярного подъема студент держал капилляр наклоненным, а не вертикальным. Вертикальная высота подъема жидкости в наклонном капилляре?

      Вопрос 3: Эксперимент по поднятию капилляров проводился на космической станции в условиях невесомости. Вода будет

      Вопрос 4: В эксперименте с капиллярным подъемом работа, совершаемая силой поверхностного натяжения, почти равна увеличению гравитационной потенциальной энергии жидкости.

      Вопрос 5: Поверхность мениска в тонком капилляре можно рассматривать как полусферическую.3 \ rho g / 3 $. С учетом этого формула для поверхностного натяжения имеет вид

      Вопрос 6: Почему мениск ртути выпуклый?

      Вопрос 7: Вода поднимается на высоту 3 см в капилляре радиусом 0,48 мм. Если угол контакта равен нулю, то поверхностное натяжение воды равно

      Вопрос 8: Внутренний радиус трубки барометра 2,5 мм. Ошибка, вносимая в наблюдаемые показания из-за поверхностного натяжения, составляет (плотность ртути 13.6 г / см3, угол контакта ртути в стекле 135 град)

      Вопрос 9: Высота подъема жидкости в капиллярной трубке зависит от размера трубки, но не зависит от материала трубки.

      Вопрос 10: Две капиллярные трубки диаметром 6 мм и 3 мм соединены вместе, образуя U-образную трубку, открытую с обоих концов. Если U-образная трубка заполнена водой, уровни воды на двух концах трубки будут разными.

      Связанные темы

      1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение

      Источники и внешние ссылки

      1. IIT JEE Physics, Джитендер Сингх и Шраддхеш Чатурведи
      2. Concepts of Physics Part 1 by HC Verma (Ссылка на Amazon)
      3. Капиллярное действие (веб-сайт USGS)
      4. Сплоченность, адгезия и капиллярное действие (opentextabc.CA сайт)
      5. Эксперимент NCERT по измерению поверхностного натяжения по капиллярному поднятию (pdf)
      6. Origins of Wetting (подробное исследование, pdf)

      Капиллярное действие воды: определение и примеры — стенограмма видео и урока

      Дополнительные свойства

      Вода проявляет капиллярность лучше, чем большинство жидкостей. Насколько хорошо жидкость может выполнять капиллярное действие, зависит от когезии и адгезии. Cohesion — это притяжение между частицами одного типа.В воде сильное сцепление. Одна молекула воды сильно притягивается к другой. Адгезия — это притяжение между двумя разными частицами. Адгезия между молекулами воды и пластиковой соломкой также довольно сильная.

      Капиллярное действие возникает, когда силы сцепления превышают силы сцепления. Хотя молекулы воды довольно сильно притягиваются друг к другу, они также притягиваются к пластику соломинки. В результате молекулы воды поднимутся по внутренней поверхности соломинки, и уровень воды внутри соломинки будет немного выше.Между водой и стеклом даже лучшая адгезия. Если бы у вас была стеклянная соломка того же размера, что и пластиковая, вы бы увидели, что уровень воды поднялся еще выше.

      Так почему же вода не поднимается по стенкам стакана, спросите вы? Есть, но совсем немного. Чем шире сосуд, тем больше силы сцепления между молекулами воды возьмут на себя и предотвратят попадание воды на стенки стекла. Чем уже сосуд или трубка, тем больше эффект капиллярного действия.

      Примеры

      Вы могли видеть это, если когда-либо сдавали кровь. Прежде чем вы сможете сдать кровь, медсестра уколет вам палец, чтобы взять образец крови для проверки уровня железа. Он или она поместит узкую стеклянную трубку, называемую капиллярной трубкой, в место укола вашего пальца. Ваша кровь быстро движется по трубке. Похоже, медсестра отсосала вашу кровь с помощью этой трубки, но на самом деле это всего лишь капиллярное действие. Это демонстрирует капиллярное действие воды, потому что ваша кровь в основном состоит из воды.

      Другой пример капиллярного действия — ваши глаза. Слезный канал в углу каждого глаза представляет собой узкую трубку, которая использует капиллярное действие для отвода лишней слезы в носовой проход. И как растения, в том числе самые высокие деревья, получают воду от корней до ветвей и листьев против силы тяжести? Капиллярное действие.

      Не все жидкости обладают капиллярным действием. Если силы сцепления жидкости сильнее, чем ее адгезия к другой поверхности, этого не произойдет.Меркурий — хороший тому пример. Он очень сильно притягивается к себе и не поднимается по стенкам стеклянной трубки или чего-либо еще. На самом деле, если поместить в трубку ртуть, поверхность будет выпуклой. Меркурий изгибается сам по себе.

      Попробуйте дома!

      Вы можете увидеть капиллярное действие в действии, используя всего несколько простых вещей. Вам понадобится стакан или ваза, вода, пищевой краситель и белый цветок. Гвоздики подходят и стоят недорого, но вы также можете использовать стебель сельдерея с листьями наверху.

      1. Наполните стакан или вазу водой и несколькими каплями пищевого красителя.
      2. Срежьте цветы или сельдерей на высоту, подходящую для того, чтобы стоять в стакане или вазе.
      3. Вставьте стебель и оставьте цветок или сельдерей в воде, пока не увидите изменение цвета.

      Под действием капилляров вода и пищевой краситель поднимаются по стеблю и окрашивают лепестки цветка или листья сельдерея.

      Краткое содержание урока

      Капиллярное действие — это движение жидкости через другой материал или вдоль него против силы тяжести, например силы тяжести.Капиллярное действие зависит от когезии, , притяжения между частицами одного и того же вещества, и адгезии, , притяжения между частицами разных веществ. Когда адгезия достаточно сильна, она преодолевает сцепление между молекулами воды, и вода будет двигаться вверх по поверхности или сквозь поверхность. Примеры капиллярного действия в воде включают движение воды по соломинке или стеклянной трубке, движение через бумажное или тканевое полотенце, движение сквозь растение и слезы, движущиеся по слезным каналам.

      Ключевые термины

      • Капиллярное действие : движение жидкости через материал против противодействующей силы, такой как сила тяжести
      • Когезия : притяжение между частицами, состоящими из одного и того же вещества
      • Адгезия : притяжение между частицами разных веществ

      Результаты обучения

      Работа над этим уроком должна помочь вам достичь следующих целей:

      • Опишите капиллярное действие воды
      • Объясните разницу между когезией и адгезией
      • Определите различные примеры капиллярного действия
      .