Адам өміріндегі сулану және капиллярлардың қозғалысы. Капиллярлық құбылыстар (физика)

Беттік керілу салыстырмалы түрде эксперименталды түрде оңай анықталады. Беттік керілуді анықтаудың әртүрлі әдістері бар, олар статикалық, жартылай статикалық және динамикалық болып бөлінеді. Статикалық әдістер фазалық интерфейстің қисықтығымен байланысты капиллярлық құбылыстарға негізделген.

Фазалар арасындағы беттік қисықтық пайда болған кезде дененің ішкі қысымы өзгереді және қосымша (капиллярлық) Лаплас қысымы пайда болады. R,тегіс бетке тән ішкі қысымды жоғарылатуы немесе азайтуы мүмкін. Бұл қосымша қысымды бетке перпендикуляр қисықтық центріне бағытталған беттік керілу күштерінің нәтижесі ретінде көрсетуге болады. Қисықтық оң және теріс болуы мүмкін (2.2-сурет).

Күріш. 2.2.Оң (а) және теріс бет үшін қосымша қысымның қалыптасу схемасы (б)қисықтық

Сұйықтық көлемінің өзгеруі беттік энергияның өздігінен азаюы және оның айналу нәтижесінде пайда болады. механикалық энергиядене көлемінің өзгеруі. Сонымен қатар, (2.2) теңдеуде Гельмгольц энергиясы үшін тұрақты T,n,qтек екі терминді қарастыру керек dF = -pdV + коэффициенттері. Тепе-теңдік күйінде dF = 0, сондықтан pdV = коэффициент. Бұл өрнекте p = P- жазық және қисық беттері бар дененің қысымы арасындағы қысым айырмашылығына тең қосымша қысым (Лапплас қысымы). (AR):

Бұл қатынас беттік қисықтық деп аталады.

Сфералық бет үшін. Осы өрнекті ауыстыру

Қосымша қысымның теңдеуіне Лаплас теңдеуін аламыз:

онда Г- қисықтық радиусы; - қисықтық немесе дисперсия (2.3-сурет).

Егер беті бар болса дұрыс емес пішін, орташа қисықтық идеясын қолданыңыз және Лаплас теңдеуі пішінге ие

мұндағы Gr /*2 – қисықтың негізгі радиустары.

Күріш. 2.3.Сулану (а) және суланбау кезіндегі сұйықтықтың капиллярлық көтерілуі (O)капилляр қабырғалары

Беттік керілу үшін Лаплас теңдеуін беттің пропорционалдылығын көрсететін түрде қайта жазуға болады.

капиллярлардың радиусына керілу Гжәне қысым R,онда сұйықтыққа батырылған капиллярдан газ көпіршігі шығады. Дәл осы пропорционалдылыққа Ребиндердің беттік керілуді эксперименттік анықтау әдісі негізделген.

Ребиндер әдісі сұйықтыққа батырылған капиллярдан газ көпіршігі шығатын қысымды өлшейді. Көпіршік өткен сәтте өлшенген қысым капиллярлық қысымға тең болады, ал беттің қисықтық радиусы капилляр радиусына тең болады. Тәжірибеде капиллярдың радиусын өлшеу мүмкін емес дерлік, сондықтан салыстырмалы өлшемдер жүргізіледі: беттік керілуі белгілі сұйықтық арқылы өтетін газ көпіршігідегі қысым (бұл сұйықтық стандартты деп аталады) анықталады, содан кейін қысым анықталады. Ранықталатын беттік керілу бар сұйықтық арқылы өтетін газ көпіршігінде. Әдетте стандартты сұйықтық ретінде дистилденген су пайдаланылады, ал дәл өлшеу үшін қос дистиллят қолданылады.

Стандартты сұйықтықтың беттік керілуінің одан өтетін көпіршіктегі қысымға қатынасын тұрақты шама деп атайды

капилляр Белгілі беттік керілумен

(t 0 және өлшенген қысымдар және Рстандартты және сыналатын сұйықтық үшін соңғысының беттік керілуі осы әдістің негізгі есептеу формуласымен анықталады:

Егер мән жоғары дәлдікпен белгілі болса, онда анықталатын сұйықтықтың беттік керілуі де дәл болады. Ребиндер әдісі 0,01 мДж/м 2 дейінгі беттік керілуді анықтауда дәлдік береді.

Көтеру әдісін қолданғанда капиллярдағы сұйықтықтың көтерілу (немесе түсу) биіктігі өлшенеді және cc беттік керілуі белгілі стандартты сұйықтықтың көтерілу биіктігімен салыстырылады (2.4-сурет).

Күріш. 2.4.

Капиллярлардың көтерілу себебі, капилляр қабырғаларын ылғалдандыратын сұйықтық бетінің белгілі бір қисаюын қалыптастырады, нәтижесінде Лаплас капиллярлық қысымы сұйықтық бағанының салмағы әсер етуші күшті теңестіргенше капиллярдағы сұйықтықты көтереді. Капиллярдағы сұйықтықтың жоғарылауы сұйық бетінің қисаюы теріс болғанда байқалады. Ойыс менискімен Лаплас қысымы сұйықтықты созуға бейім және оны көтереді мұндай капиллярлық көтерілу оң деп аталады, ол капиллярдың қабырғаларын ылғалдандыратын сұйықтықтарға тән (мысалы, шыныда - су жүйесі). Керісінше, егер беттің қисаюы оң болса (дөңес мениск), онда қосымша қысым сұйықтықты қысуға бейім және оның капиллярда төмендеуі байқалады, бұл капиллярлардың теріс көтерілуі деп аталады. Ұқсас құбылыс капилляр қабырғалары сұйықтықпен суланбаған жағдайларға тән (мысалы, шыны-сынап жүйесінде).

Сурет бойынша бағалау. 2.4. сулану беттің геометриясына әсер етеді және егер r қисықтық радиусы болса, онда капиллярдың радиусы Рқатынас арқылы байланыстырады

Қайда В- жанасу бұрышы (капилляр қабырғалары сұйықтықпен суланған кезде өткір). Соңғы қатынастан былай шығады

Бұл қатынасты (2.4) теңдеуіне қойып, аламыз

Теңдеудегі сұйық бағананың қысымын ескерсек pdV = коэффициентретінде оның биіктігіне байланысты mgh = V(p-p^)gh,қатынасын алуға болады содан кейін Юрин формуласы:

Қайда h- капиллярдағы сұйықтықтың көтерілу биіктігі; r- сұйықтың тығыздығы; ps- оның қаныққан буының тығыздығы; g- еркін түсу үдеуі.

Сұйықтықтың тығыздығы болған жағдайда rжәне оның қаныққан буының тығыздығы psтеңдесі жоқ (б » бс) беттік керілу үшін жазуға болады

Жеңілдетілген формула сонымен қатар ыдыс қабырғаларын сұйықтықпен толық сулауды болжайды (cos В = 1):

^ _ 2(7

gR(p-Ps)"

Тәжірибеде әдісті қолдану кезінде беттік керілу формула арқылы есептеледі

қайда және h- стандартты және зерттелетін сұйықтықтардың капиллярындағы көтерілу биіктігі; r^i r- олардың тығыздығы.

Бұл әдіс cos шартында дәл әдіс ретінде қолданылуы мүмкін in - const, жақсырақ В= 0°, бұл онсыз көптеген сұйықтықтар үшін қолайлы қосымша шарттар. Тәжірибеде сұйықтықпен жақсы суланған жұқа капиллярларды қолдану қажет. Капиллярларды көтеру әдісі сонымен қатар 0,01-0,1 мДж/м дейінгі беттік керілуді анықтауда жоғары дәлдікті қамтамасыз ете алады.

Егер сіз сабаннан коктейль немесе басқа сусындарды ішкенді ұнатсаңыз, оның бір ұшын сұйықтыққа батырғанда, ондағы сусынның деңгейі шыныаяқ немесе стаканға қарағанда сәл жоғары екенін байқаған боларсыз. Неліктен бұл болып жатыр? Әдетте адамдар бұл туралы ойламайды. Бірақ физиктер мұндай құбылыстарды әлдеқашан жақсы зерттеп, тіпті оларға өз атауын – капиллярлық құбылыстарды да берді. Бұл неліктен болатынын және бұл құбылыстың қалай түсіндірілетінін білуге біздің кезегіміз келді.

Неліктен капиллярлық құбылыстар пайда болады?

Табиғатта болып жатқан барлық нәрсенің ақылға қонымды түсіндірмесі бар. Егер сұйықтық суланса (мысалы, пластикалық түтіктегі су) ол түтікше жоғары көтеріледі, ал суланбайтын болса (мысалы, шыны колбадағы сынап) төмен түседі. Сонымен қатар, мұндай капиллярдың радиусы неғұрлым аз болса, сұйықтық соғұрлым жоғары көтеріледі немесе төмендейді. Мұндай капиллярлық құбылыстарды не түсіндіреді? Физика олардың күштердің әсерінен пайда болғанын айтады, егер сіз капиллярдағы сұйықтықтың беткі қабатына мұқият қарасаңыз, оның пішіні шеңбердің бір түрі екенін байқайсыз. Оның шекарасында түтіктің қабырғаларына беттік керілу деп аталатын күш әсер етеді. Сонымен қатар, суланатын сұйықтық үшін оның бағыт векторы төмен, ал суланбайтын сұйықтық үшін ол жоғары бағытталған.

Үшіншісі бойынша, ол міндетті түрде оған тең болатын қарсы қысымды тудырады. Бұл тар түтіктегі сұйықтықтың көтерілуіне немесе төмендеуіне әкеледі. Бұл капиллярлық құбылыстардың барлық түрлерін түсіндіреді. Дегенмен, көптеген адамдарда «сұйықтықтың көтерілуі немесе төмендеуі қашан тоқтайды?» деген логикалық сұрақ туындауы мүмкін. Бұл ауырлық күші немесе Архимед күші сұйықтықты түтік арқылы жылжытатын күшті теңестіргенде болады.

Капиллярлық құбылыстарды қалай қолдануға болады?

Кеңсе тауарлары өндірісінде кеңінен тараған бұл құбылыстың бір қолданбасы әрбір студентке дерлік таныс. Сіз айтып отырғанымызды болжаған шығарсыз

Оның дизайны кез келген дерлік позицияда жазуға мүмкіндік береді, ал қағаздағы жұқа және айқын белгі бұл элементті жазу бауырластары арасында көптен бері танымал етті. да кеңінен қолданылады ауыл шаруашылығықозғалысты реттеу және топырақтағы ылғалды сақтау. Өздеріңіз білетіндей, дақылдар өсірілетін топырақ борпылдақ құрылымға ие, онда оның жеке бөлшектері арасында тар кеңістіктер болады. Негізінде бұлар капиллярлардан басқа ештеңе емес. Олар арқылы су тамыр жүйесіне ағып, өсімдіктерді қажетті ылғалмен және пайдалы тұздармен қамтамасыз етеді. Алайда, бұл жолдар бойында топырақ суы да көтеріліп, тез буланып кетеді. Бұл процесті болдырмау үшін капиллярларды жою керек. Дәл осы себепті топырақты қопсытады. Ал кейде судың капиллярлар арқылы қозғалысын арттыру қажет болғанда, керісінше жағдай туындайды. Бұл жағдайда топырақ илектеледі және осыған байланысты тар арналар саны артады. Күнделікті өмірде капиллярлық құбылыстар әртүрлі жағдайларда қолданылады. Кептіру қағазын, сүлгілерді және майлықтарды пайдалану, технологияда және технологияда фитильдерді қолдану - мұның бәрі олардың құрамында тар ұзын арналардың болуына байланысты мүмкін.

«No43 лицей» коммуналдық білім беру мекемесі

(табиғи және техникалық)

КАПИЛЛАРЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАР
Рожков Дмитрий

Саранск

2013
Мазмұны

Әдебиеттерге шолу 3

Сұйықтықтардың қасиеттері. Беттік керілу 3

Плато тәжірибесі 6

Сулану және суланбау құбылыстары. Жиек бұрышы. 7

Табиғаттағы және техникадағы капиллярлық құбылыстар 8

Қан тамырлары 10

Адамның қызметіндегі көбік 11

Практикалық бөлім 11

«Әртүрлі кеуекті қағаз үлгілерінің капиллярлық қасиеттерін зерттеу» 11

Қорытындылар мен қорытындылар 13

Библиография 13

Әдебиеттік шолу

Капиллярлық құбылыстар – араласпайтын орталар арасындағы шекарадағы беттік керілу нәтижесінде пайда болатын физикалық құбылыстар. Мұндай құбылыстарға әдетте сұйық ортадағы олардың басқа сұйықтыққа, газға немесе өз буына іргелес жатқан бетінің қисаюынан туындаған құбылыстар жатады.

Капиллярлық құбылыстар молекулааралық әрекеттесу күштері мен сыртқы күштердің (ең алдымен ауырлық) әсерінен сұйық бетінің тепе-теңдігі мен қозғалысының әртүрлі жағдайларын қамтиды. Қарапайым жағдайда, сыртқы күштер болмаған немесе өтелген кезде, сұйықтықтың беті әрқашан қисық болады. Сонымен, салмақсыздық жағдайында басқа денелермен жанаспайтын сұйықтықтың шектеулі көлемі беттік керілу әсерінен шар пішінін алады. Бұл пішін сұйықтықтың тұрақты тепе-теңдігіне сәйкес келеді, өйткені шардың берілген көлем үшін ең аз бетінің ауданы бар, сондықтан бұл жағдайда сұйықтықтың беттік энергиясы минималды болады. Сұйықтық, сонымен қатар, егер ол тығыздығы бірдей басқа сұйықтықта болса, шар пішінін алады (ауырлық күшінің әсері Архимедтің қалқымалы күшімен өтеледі).

Көптеген ұсақ тамшылардан немесе көпіршіктерден (эмульсиялар, сұйық аэрозольдер, көбіктер) тұратын жүйелердің қасиеттері және олардың түзілу жағдайлары көбінесе бөлшектердің бетінің қисаюымен, яғни капиллярлық құбылыстармен анықталады. Жаңа фазаның пайда болуында капиллярлық құбылыстар бірдей маңызды рөл атқарады: булардың конденсациялануы кезіндегі сұйық тамшылары, сұйықтықтарды қайнату кезіндегі бу көпіршіктері және кристалдану кезінде қатты фазаның ядролары.

Сұйық қатты денелермен жанасқанда оның бетінің пішініне сұйық пен қатты дене молекулаларының әрекеттесуі нәтижесінде пайда болатын сулану құбылыстары айтарлықтай әсер етеді.

Өсімдіктерді сумен қамтамасыз етуде және топырақтағы және басқа кеуекті денелердегі ылғалдың қозғалуында капиллярлық сіңіру маңызды рөл атқарады. Әртүрлі материалдарды капиллярлық сіңдіру химиялық технология процестерінде кеңінен қолданылады.

Сыртқы күштердің әсерінен сұйықтықтың бос бетінің қисаюы капиллярлық толқындардың («сұйықтық бетіндегі толқындар») болуын тудырады. Сұйықтық интерфейстерінің қозғалысы кезіндегі капиллярлық құбылыстарды физика-химиялық гидродинамика қарастырады.

Капиллярлық құбылыстарды алғаш рет Леонардо да Винчи, Б.Паскаль (17 ғ.) және Дж.Юрин (Дюрин, 18 ғ.) капиллярлық түтіктермен жүргізген тәжірибелерінде ашып, зерттеді. Капиллярлық құбылыстар теориясы П.Лапластың (1806), Т.Янгтың (Янг, 1805), Дж.В.Гиббстің (1875) және И.С. Громеки (1879, 1886).

Сұйықтықтардың қасиеттері. Беттік керілу

Сұйық күйдегі заттың молекулалары бір-біріне жақын орналасады. Молекулалары кристалдың бүкіл көлемінде реттелген құрылымдарды құрайтын және қозғалмайтын орталықтардың айналасында термиялық тербелістерді орындай алатын қатты кристалды денелерден айырмашылығы, сұйық молекулалар үлкен еркіндікке ие. Сұйықтықтың әрбір молекуласы, қатты денедегі сияқты, көрші молекулалармен жан-жағынан «сэндвичке» түседі және белгілі бір тепе-теңдік жағдайының айналасында термиялық тербелістерге ұшырайды. Дегенмен, мезгіл-мезгіл кез келген молекула жақын маңдағы бос орынға ауысуы мүмкін. Сұйықтықтағы мұндай секірулер жиі кездеседі; сондықтан молекулалар кристалдардағыдай белгілі бір орталықтарға байланбайды және сұйықтықтың бүкіл көлемі бойынша қозғала алады. Бұл сұйықтықтардың өтімділігін түсіндіреді. Жақын орналасқан молекулалар арасындағы күшті әсерлесудің арқасында олар бірнеше молекуладан тұратын жергілікті (тұрақсыз) реттелген топтар құра алады. Бұл құбылыс қысқа мерзімді тәртіп деп аталады (1-сурет).

Молекулалардың тығыз оралуына байланысты сұйықтықтардың сығылғыштығы, яғни қысымның өзгеруімен көлемнің өзгеруі өте аз; газдарға қарағанда ондаған және жүздеген мың есе аз.

Сұйықтар, қатты денелер сияқты, температураның өзгеруіне байланысты көлемін өзгертеді. Өте үлкен емес температура аралықтары үшін ΔV/V 0 көлемінің салыстырмалы өзгеруі ΔT температурасының өзгеруіне пропорционал:

β коэффициенті көлемдік кеңеюдің температуралық коэффициенті деп аталады. Судың термиялық кеңеюі жердегі тіршілік үшін қызықты және маңызды аномалияға ие. 4°C төмен температурада су кеңейеді. Судың максималды тығыздығы ρ в = 10 3 кг/м 3 4°С температурада болады.

Су қатқан кезде ол кеңейеді, сондықтан мұз қатып тұрған су айдынының бетінде қалқып қалады. Мұз астындағы қату суының температурасы 0°С. Судың неғұрлым тығыз қабаттарында, резервуардың түбінде температура шамамен 4 ° C құрайды. Осының арқасында қатып тұрған су қоймаларының суында тіршілік болуы мүмкін.

Сұйықтықтардың ең қызықты ерекшелігі - бос бетінің болуы. Сұйықтық, газдардан айырмашылығы, ол құйылған ыдыстың барлық көлемін толтырмайды. Сұйық пен газ (немесе бу) арасында сұйықтықтың қалған бөлігімен салыстырғанда ерекше жағдайда болатын интерфейс пайда болады. Сұйықтықтың шекаралық қабатындағы молекулалар, оның тереңдігіндегі молекулалардан айырмашылығы, барлық жағынан бірдей сұйықтықтың басқа молекулаларымен қоршалмайды. Көрші молекулалардың сұйық ішіндегі молекулалардың біріне әсер ететін молекулааралық әрекеттесу күштері орта есеппен өзара компенсацияланады. Шекаралық қабаттағы кез келген молекула сұйықтықтың ішінде орналасқан молекулалармен тартылады (газ (немесе бу) молекулаларынан берілген сұйық молекуласына әсер ететін күштерді елемеуге болады). Нәтижесінде сұйықтыққа терең бағытталған белгілі бір нәтижелі күш пайда болады (2-сурет)

2-сурет

Егер молекула бетінен сұйықтыққа ауысса, молекулааралық әсерлесу күштері оң жұмыс жасайды. Керісінше, молекулалардың белгілі бір санын сұйықтықтың тереңдігінен бетіне тарту үшін (яғни, сұйықтықтың бетінің ауданын ұлғайту үшін) сыртқы күштердің оң жұмысын жұмсау керек ΔA сыртқы, бетінің ΔS өзгеруіне пропорционал:
ΔA сыртқы = σΔS.
σ коэффициенті беттік керілу коэффициенті (σ > 0) деп аталады. Осылайша, беттік керілу коэффициенті тұрақты температурада сұйықтықтың бетінің ауданын бір бірлікке ұлғайту үшін қажет жұмысқа тең.

СИ жүйесінде беттік керілу коэффициенті шаршы метрге джоульмен (Дж/м2) немесе метрге Ньютонмен (1 Н/м = 1 Дж/м2) өлшенеді.

Демек, сұйықтықтың беткі қабатының молекулалары сұйықтық ішіндегі молекулалармен салыстырғанда артық потенциалдық энергияға ие. Сұйық бетінің потенциалдық энергиясы E p оның ауданына пропорционал:
Е б = А сыртқы = σS.
Жүйенің тепе-теңдік күйлері оның потенциалдық энергиясының ең аз мәніне сәйкес келетіні механикадан белгілі. Бұдан шығатыны, сұйықтықтың бос беті оның ауданын азайтуға бейім. Осы себепті сұйықтықтың бос тамшысы сфералық пішінге ие болады (3-сурет)
.

3-сурет
Сұйықтық оның бетіне жанама әсер ететін күштер бұл бетті жиырылып (тартып) жатқандай әрекет етеді. Бұл күштер беттік керілу күштері деп аталады.

Беттік керілу күштерінің болуы сұйықтықтың бетін серпімді созылған пленкаға ұқсатады, жалғыз айырмашылығы, қабықтағы серпімділік күштері оның бетінің ауданына (яғни, пленка қалай деформацияланатынына) және беттік керілуге байланысты. күштер сұйықтардың бетінің ауданына тәуелді емес.

Кез келген жүйе өзінің потенциалдық энергиясы минималды күйге өздігінен өтетіндіктен, сұйықтық өздігінен оның бос бетінің ауданы ең аз мәнге ие күйге айналуы керек. Мұны келесі тәжірибе арқылы көрсетуге болады.

П әрпі түрінде иілген сымға жылжымалы көлденең элемент бекітілген (4-сурет). Осылайша алынған жақтауды сабын ерітіндісіне түсіріп, сабын пленкасымен жабылады. Рамканы ерітіндіден алып тастағаннан кейін көлденең жолақ жоғары қарай жылжиды, яғни молекулалық күштер сұйықтықтың бос бетінің ауданын азайтады.

4-сурет
Бірдей көлемде шардың бетінің ауданы ең кіші болғандықтан, салмақсыздық күйіндегі сұйықтық шар пішінін алады. Дәл сол себепті сұйықтықтың кішкене тамшылары сфералық пішінге ие. Түрлі жақтаулардағы сабын пленкаларының пішіні әрқашан сұйықтықтың ең аз бос бетінің ауданына сәйкес келеді.

Плато тәжірибесі

Кез келген сұйықтықтың табиғи пішіні шар болып табылады. Әдетте, ауырлық күші сұйықтықтың мұндай пішінді алуына кедергі келтіреді, ал сұйықтық контейнер болмаса, жұқа қабатта таралады немесе ыдыстың пішінін алады. Тығыздығы бірдей басқа сұйықтықтың ішінде болғанда, сұйықтық табиғи, сфералық пішінді алады.

5-сурет
Зәйтүн майы суда қалқып тұрады, бірақ алкогольге батады. Май тепе-теңдікте болатын су мен алкоголь қоспасын дайындауға болады. Шыны түтік немесе шприцті пайдаланып, осы қоспаға аздап зәйтүн майын енгізіңіз: май сұйықтықта қозғалмай тұрып қалатын бір сфералық тамшыға жиналады. Май шарының ортасынан сым өткізіп, оны айналдырсаңыз, май шары тегістей бастайды, содан кейін бірнеше секундтан кейін одан майдың сфералық ұсақ тамшыларынан тұратын сақина бөлінеді. Бұл тәжірибені алғаш рет бельгиялық физик Плато жасады.

Үлкен масштабта бұл құбылысты біздің жұлдызда, Күнде және алып планеталарда байқауға болады. Бұл аспан денелері өз осінің айналасында өте жылдам айналады. Бұл айналу нәтижесінде денелер полюстерде өте қатты қысылады.

6-сурет

Сулану және суланбау құбылыстары. Жиек бұрышы.

Сулану және суланбау – капиллярлық құбылыстар табиғатта және техникада кең таралған. Олар екеуінде де маңызды күнделікті өмір, және ең маңызды ғылыми-техникалық мәселелерді шешу үшін. Осы мәселелер бойынша білім көптеген сұрақтарға жауап беруге мүмкіндік береді. Мысалы, капиллярлық құбылыстар өсімдіктердің тамыр жүйесі топырақтан қоректік заттар мен ылғалды сіңіруге мүмкіндік береді, тірі ағзалардағы қан айналымы капиллярлық құбылысқа негізделген, флотация дегеніміз не және ол қайда қолданылады, кейбір қатты заттар неліктен жақсы? сұйықтықпен суланған, басқалары нашар және т.б.

Егер сіз шыны таяқшаны сынапқа малып, содан кейін оны алып тастасаңыз, онда сынап болмайды. Егер сіз бұл таяқшаны суға салсаңыз, оны шығарғаннан кейін оның соңында бір тамшы су қалады. Бұл тәжірибе шыны молекулаларына қарағанда сынап молекулалары бір-біріне күштірек тартылатынын, ал су молекулалары шыны молекулаларына қарағанда азырақ тартылатынын көрсетеді.

Егер сұйықтың молекулалары қатты дененің молекулаларына қарағанда бір-біріне аз тартылса, онда сұйықтық деп аталады суланубұл зат. Мысалы, су таза әйнекті суландырады, бірақ парафинді суламайды. Егер сұйықтың молекулалары бір-біріне қатты заттың молекулаларына қарағанда күштірек тартылса, онда сұйықтық бұл заттың суланбауы деп аталады. Сынап шыны суланбайды, бірақ ол таза мыс пен мырышты ылғалдандырады.

Қандай да бір қатты заттың көлденең жалпақ пластинасын қойып, оның үстіне зерттелетін сұйықтықты түсірейік. Содан кейін тамшы 7-суретте көрсетілгендей орналасады. А) немесе суретте көрсетілгендей. 7( б).

а) ә)

7-сурет.
Бірінші жағдайда сұйықтық ылғалданады қатты, бірақ екіншісінде - жоқ. 5-суретте белгіленген θ бұрышы деп аталады жанасу бұрышы. Түйісу бұрышы қатты дененің жазық беті мен сұйықтың бос бетіне жанама жазықтығы арқылы түзіледі, олар шектеседі. қатты, сұйық және газ; Байланыс бұрышының ішінде әрқашан сұйықтық бар. Ылғалданатын сұйықтықтар үшін жанасу бұрышы өткір, ал суланбайтын сұйықтықтар үшін доғал болады. Ауырлық күшінің әрекеті жанасу бұрышын бұрмалауды болдырмау үшін құлдырау мүмкіндігінше аз болуы керек.

Қатты бет тік күйде болғанда жанасу бұрышы θ сақталатындықтан, ол құйылған ыдыстың шеттеріндегі суланатын сұйықтық көтеріледі, ал суланбайтын сұйықтық батады.

Толық сулану кезінде θ = 0, cos θ = 1.

8-сурет

Табиғаттағы және техникадағы капиллярлық құбылыстар

Капиллярдағы сұйықтың көтерілуі капиллярдағы сұйық бағанасына әсер ететін ауырлық күші нәтижесінде пайда болатын F n сұйықтың капилляр бетімен жанасу шекарасында әрекет ететін беттік керілу күштерінің шамасы тең болғанша жалғасады. : F t = F n, мұндағы F t = mg = ρhπr 2 г, F n = σ2πr cos θ.

Бұдан шығатыны:

Тар түтіктердегі сұйық бетінің қисаюы байланысқан тамырлар заңының айқын бұзылуына әкеледі.

Формуладан биіктік екені анық h неғұрлым үлкен болса, түтіктің ішкі радиусы соғұрлым аз болады r. Ішкі диаметрі шаштың диаметрімен салыстырылатын (немесе одан да аз) түтіктерде судың көтерілуі маңызды; Сондықтан мұндай түтіктерді капиллярлар деп атайды (грек тілінен «capillaris» - түкті, жұқа). Капиллярлардағы суланатын сұйықтық жоғары көтеріледі (9, а-сурет), ал суланбайтын сұйықтық төмендейді (9, а-сурет). б).

9-сурет

Капиллярлық құбылыстарды тек түтіктерде ғана емес, сонымен қатар тар жарықтарда да байқауға болады. Егер сіз екі шыны пластинаны суға түсірсеңіз, олардың арасында тар саңылау пайда болса, онда плиталар арасындағы су көтеріледі, ал олар неғұрлым жақын болса, соғұрлым жоғары болады. Табиғатта және техникада капиллярлық құбылыстар маңызды рөл атқарады. Өсімдіктерде көптеген ұсақ капиллярлар бар. Ағаштарда капиллярлар арқылы топырақтан ылғал ағаштардың басына көтеріледі, ол жерде жапырақтар арқылы атмосфераға буланады. Топырақта капиллярлар бар, олар топырақ неғұрлым тығыз болса, соғұрлым тар болады. Осы капиллярлар арқылы су бетіне көтеріліп, тез буланып, жер кеуіп қалады. Жерді ерте көктемде жырту капиллярларды бұзады, яғни жер асты ылғалдылығын сақтайды және өнімді арттырады.

Техникада капиллярлық құбылыстардың үлкен маңызы бар, мысалы, капиллярлы-кеуекті денелерді кептіру процестерінде және т.б. Үлкен құндылықкапиллярлық құбылыстар құрылыс индустриясында кездеседі. Мысалы, кірпіш қабырға дымқыл болмас үшін үйдің іргетасы мен қабырға арасында капиллярлары жоқ заттан тығыздауыш жасалады. Қағаз өнеркәсібінде әртүрлі сорттағы қағазды шығарған кезде капиллярлықты ескеру қажет. Мысалы, жазу қағазын жасағанда капиллярларды бітеп тастайтын арнайы қоспамен сіңдірілген. Күнделікті өмірде капиллярлық құбылыстар фитильдерде, сүрту қағазында, сия беру үшін қаламдарда және т.б.

Өсімдіктер мен жануарлардың тіндерінің көпшілігіне көптеген капиллярлық тамырлар енеді. Дәл капиллярларда организмнің тыныс алуымен және қоректенуімен байланысты негізгі процестер жүреді, тіршіліктің барлық күрделі химиясы диффузиялық құбылыстармен тығыз байланысты; Ағаш діңіне, бұтақтарына және өсімдік сабақтарына көптеген капиллярлық түтіктер енеді, олар арқылы қоректік заттар ең жоғарғы жапырақтарға көтеріледі. Өсімдіктердің тамыр жүйесі ең жақсы капиллярлық жіптермен аяқталады. Ал топырақтың өзі, тамырдың қоректену көзі, құрылымы мен өңделуіне байланысты құрамында еріген заттары бар су жер бетіне тезірек немесе баяу көтерілетін капиллярлық түтіктердің жиынтығы ретінде ұсынылуы мүмкін. Диаметрі кішірек болса, капиллярлардағы сұйықтықтың көтерілу биіктігі соғұрлым жоғары болады. Осы жерден ылғалды сақтау үшін топырақты қазып алу керек, ал құрғату үшін оны тығыздау керек екені түсінікті.

Табиғаттағы беттік құбылыстардың рөлі әр алуан. Мысалы, судың беткі қабаты қозғалған кезде көптеген организмдерге қолдау көрсетеді. Қозғалыстың бұл түрі ұсақ жәндіктер мен өрмекшітәрізділерде кездеседі. Ең танымалдары - суда кең таралған аяқтарының соңғы сегменттерімен ғана сүйенетін су серілері. Балауыз жабынмен жабылған аяқ сумен суланбайды, судың беткі қабаты аяқтың қысымымен бүгіліп, шағын ойық пайда болады. Кейбір түрлердің жағалық өрмекшілері де осындай жолмен қозғалады, бірақ олардың аяқтары су беткейлері сияқты су бетіне параллель емес, оған тік бұрышта орналасады.

Суда тіршілік ететін, бірақ желбезектері жоқ кейбір жануарлардың тыныс алу мүшелерін қоршап тұрған суланбайтын қылшықтардың көмегімен судың беткі қабығына төменнен ілініп тұрады. Бұл әдісті москит дернәсілдері (соның ішінде безгек) «қолданады».

Суда жүзетін құстардың қауырсындары мен мамығы әрқашан арнайы бездердің майлы секрецияларымен майланған, бұл олардың су өткізбейтіндігін түсіндіреді. Үйректің қауырсындарының арасына жабылған және сумен ығыстырылмаған қалың ауа қабаты үйректі жылу жоғалтудан қорғап қана қоймайды, сонымен қатар құтқару белдігі іспетті оның жүзу қабілетінің қорын айтарлықтай арттырады.

Жапырақтардағы балауыз жабын өсімдіктердің дұрыс тыныс алуын бұзуға әкелуі мүмкін стомата деп аталатын су басуға жол бермейді. Бірдей балауыз жабынының болуы шатырдың, шөптердің және т.б. су өткізбейтіндігін түсіндіреді.

Су үнемі қажет болатын, оның ішінде фотосинтез үшін негізгі ылғал тұтынатын орган - тамырдан алыс орналасқан жапырақ. Сонымен қатар, жапырақ ауамен қоршалған, ол көбінесе су буымен «қаныққан» болу үшін одан суды «алып кетеді». Қарама-қайшылық туындайды: жапырақ үнемі суды қажет етеді, бірақ ол оны үнемі жоғалтады, ал тамырда үнемі артық су болады, бірақ ол одан құтылуға қарсы емес. Бұл мәселенің шешімі анық: артық суды тамырдан жапырақтарға айдау керек. Мұндай сумен жабдықтау жүйесінің рөлін діңге алады. Ол суды арнайы түтіктер – капиллярлар арқылы жапырақтарға жеткізеді. Ангиоспермдерде олар ең мінсіз және қабырғалары целлюлоза мен лигнинмен қапталған ұзын (өсімдіктің өзіндей биік) қуыс ыдыстар. Мұндай өткізгіш тамырлар жүйесі ксилема деп аталады (грек тілінен ксилон - ағаш, ағаш блок).

Тамыр топырақтан сіңірген минералды заттар тамырдың ксилема тамырларының саңылауына шоғырланса, осмос механизмі арқылы су қоршаған түбір жасушаларынан ксилемаға құйылады.

«Су айдау» механизмі екі осмостық сорғыдан және тамыр қабырғаларының капиллярлық күштерінен тұрады.

Қан тамырлары

Бүкіл денеге қан тамырлары енеді. Олар құрылымы жағынан бірдей емес. Артериялар - қан жүректен алыстайтын тамырлар. Олардың тегіс бұлшықеттерді қамтитын тығыз серпімді серпімді қабырғалары бар. Жүректің жиырылуы кезінде ол жоғары қысыммен қанды артерияға айдайды. Тығыздығы мен серпімділігіне байланысты артерия қабырғалары бұл қысымға төтеп береді және созылады.

Ірі артериялар жүректен алыстаған сайын тармақталады. Ең кішкентай артериялар ең жұқа капиллярларға бөлінеді. Олардың қабырғалары бір қабатты жалпақ жасушалардан тұрады. Капиллярлардың қабырғалары арқылы қан плазмасында еріген заттар ұлпа сұйықтығына өтіп, одан жасушаларға түседі. Жасуша қалдықтары тіндік сұйықтықтан қанға капиллярлардың қабырғалары арқылы енеді. Адам ағзасында шамамен 150 миллиард капилляр бар. Егер барлық капиллярлар бір сызыққа тартылса, онда ол жер шарын экватор бойымен екі жарым есе айнала алады. Капиллярлардан шыққан қан тамырларға - қан жүрекке өтетін тамырларға жиналады. Венадағы қысым төмен, олардың қабырғалары артерия қабырғаларына қарағанда жұқа.

Адамның қызметінде көбік

Флотация идеясының пайда болуына теория емес, кездейсоқ фактіні мұқият бақылау себеп болды. 19 ғасырдың аяғында. Америкалық мұғалім Карри Эверсон мыс колчеданы сақталған майлы қапшықтарды жуу кезінде сабын көбікімен пирит түйірлерінің қалқып шыққанын байқады. Бұл флотация әдісінің дамуына түрткі болды. Бұл әдіс кенді байыту үшін тау-кен металлургия өнеркәсібінде кеңінен қолданылады, яғни. олардағы бағалы компоненттердің салыстырмалы құрамын арттыру. Флотацияның мәні келесідей. Ұсақ ұнтақталған кен пайдалы минералдың бөлшектерін сумен суланбаған жұқа қабықпен қаптауға қабілетті су және майлы заттары бар ыдысқа құйылады. Қоспа ауамен қатты араласады, сондықтан көптеген кішкентай көпіршіктер пайда болады - көбік. Бұл жағдайда жұқа майлы қабықпен қапталған пайдалы минералдың бөлшектері ауа көпіршігі қабығымен жанасқанда, оған жабысып, көпіршікке ілінеді және онымен бірге шар сияқты тасымалданады. Майлы затпен қапталмаған бос жыныстың бөлшектері қабықшаға жабыспайды және сұйықтықта қалады. Нәтижесінде пайдалы минералды бөлшектердің барлығы дерлік сұйықтықтың бетінде көбікке айналады. Көбік жойылады және одан әрі өңдеуге жіберіледі - концентрат деп аталатын алу үшін .

Флотация техникасы аралас сұйықтықтарды дұрыс таңдай отырып, кез келген құрамдағы ганг жыныстарынан қажетті пайдалы минералды бөлуге мүмкіндік береді.

Практикалық бөлім

«Әртүрлі кеуекті қағаз үлгілерінің капиллярлық қасиеттерін зерттеу»

Жұмыстың мақсаты: кеуекті қағаздың әртүрлі үлгілерінің капиллярлық қасиеттерін зерттеу (әртүрлі өндірушілердің қағаз майлықтарының мысалын пайдалану).

Құрылғылар мен материалдар: қағаз үлгілері, тазартылған су, сызғыш, ванна.

Орындау әдісі:

Өндірушінің аты			Жобалық капилляр радиусы, 10 -5 м
	2,25 2,3	2,25	0,6621	4
«BRIZ» ЖШС, Новороссийск	1,8 1,75	1,78	0,837	3
	1,3 1,25	1,32	1,1286	2
	2,5 2,1	2,26	0,6592	4

Мен суды сүтке ауыстырып, тәжірибені қайталадым.

Сүт 2,5%;

Есептеулерде келесі кесте мәндерін қолдандым:

 – сүттің тығыздығы (1,03х10 3 кг/м 3);

 – беттік керілу (ауа шекарасындағы сүт үшін  = 46x10 -3 Н/м)

Өндірушінің аты	Сұйықтықты көтеру биіктігі, 10 -2 м	Сұйықтық көтерілуінің орташа биіктігі, 10 -2 м	Жобалық капилляр радиусы, 10 -3 м	4 баллдық жүйе арқылы ылғалды сіңіру сапасын бағалау
«Russian Paper ALL Products» ЖШС Брянск	1,1 1,1	1,09	0,836	4
«BRIZ» ЖШС, Новороссийск	0,8 0,55	0,64	1,424	3
«New Technologies» ЖШС, Краснодар	0,3 0,38	0,31	2,94	2
И.П.Китайкин А.Б. Новошахтинск, Ростов облысы.	0,98 1,0	0,97	0,94	4

Қорытындылар мен қорытындылар

Жүргізілген жұмыстардың нәтижесінде әртүрлі өндірушілердің қағаз майлықтарының сапасына объективті баға алынды.
Ең жақсы нәтижелерді келесі өндірушілердің үлгілері көрсетті: Russian Paper ALL Products LLC, Брянск және ИП Китайкин А.Б. Новошахтинск, Ростов облысы.
Ең сорақысы «Магнит» дүкендер желісі үшін шығарылған «Новая Технология» ЖШҚ, Краснодар майлықтары болды.
Ең жақсы майлықтарды No43 лицейдің асханасында пайдалануға ұсынуға болады.

Библиография

Физикалық энциклопедия. http://enc-dic.com/enc_physics/Kapilljarne-javlenija-911.html
Сұйықтықтардың қасиеттері http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=161&Itemid=72#q3
Капиллярлық құбылыстар. http://seaniv2006.narod.ru/1191.html (12.03.12)

) — капиллярлық құбылыстардың әсерінен болатын күш. Капиллярлық құбылыстарға сұйықтың басқа ортамен түйісетін жеріндегі, оның қисықтығымен байланысты беттік құбылыстар жатады.

Сипаттама

Сұйық бетінің газ фазасымен шекарасындағы қисықтығы сұйықтың беттік керілу әрекетінің нәтижесінде пайда болады, ол интерфейс бетін кішірейтуге бейім және сұйықтықтың шектеулі көлеміне беттік керілу потенциалы ең аз пішінді береді. күштер. Беттік керілу күштері фазалық интерфейстің астында қосымша қысымды (капиллярлық қысым) жасайды, оның шамасы Лаплас формуласымен анықталады:

беттік керілу қайда, және - бетінің қисықтық орташа радиусы.

Сұйықтықтың жеткілікті үлкен массасы жағдайында беттік керілу әсері ауырлық күшімен өтеледі, сондықтан капиллярлық құбылыстар ең алдымен сұйықтық тар арналарда (капиллярларда) және кеуекті ортада болғанда көрінеді.

Тар арнада сұйық пен газ арасындағы шекара қисық пішінді (менискус) алады, капилляр қабырғалары сұйықтықпен суланбаған жағдайда дөңес және суланған жағдайда ойыс болады. Дөңес мениск оның бетінің астында артық қысым жасайды, ал ойыс мениск теріс қысым жасайды (сирек кездесетін). Соңғы құбылыс сұйықтықтың қабырғалары суланған капиллярларға, соның ішінде гравитацияға қарсы ағуына әкеледі, бұл көптеген жағдайларда маңызды рөл атқарады. биологиялық процестер. Кеуекті орталардағы капиллярлық құбылыстар жер асты суларының таралуына, ұлпалардың және басқа да талшықты материалдардың сұйықтықтармен сіңдіруіне жауап береді (вик әсері). Екі өрескел суланған бет жергілікті жанасу нүктелерінің жанында өзара әрекеттескенде, капиллярлардың пайда болуына әкелетін сұйық менискалар пайда болады.

Иллюстрациялар

Авторлар

Горячева Ирина Георгиевна
Шпенев Алексей Геннадьевич

Дереккөздер

Капиллярлық әрекет // Википедия, еркін энциклопедия. -www.en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action (қол жеткізу күні: 26.07.2010).
Капиллярлық құбылыстар // Химиялық энциклопедия. Т. 2. - М.: Совет энциклопедиясы, 1990. Б. 310–311.
Капиллярлық құбылыстар // Ұлы Совет энциклопедиясы. 3-ші басылым, 1969–1978 жж.

Түтіктердегі деңгейді өзгертіңіз, ерікті пішіндегі тар арналар, кеуекті денелер. Сұйықтықтың жоғарылауы арналар сұйықтықтармен суланған жағдайларда орын алады, мысалы, шыны түтіктердегі су, құм, топырақ және т.б. Сұйықтықтың азаюы сұйықтықпен суланбаған түтіктер мен арналарда, мысалы, сынапта шыны түтік.

Жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік әрекеті, химиялық технологиялар, тұрмыстық құбылыстар (мысалы, керосин шамындағы фитиль бойымен керосинді көтеру, қолды сүлгімен сүрту) капиллярлыққа негізделген. Топырақтың капиллярлығы судың топырақта көтерілу жылдамдығымен анықталады және топырақ бөлшектері арасындағы кеңістіктердің мөлшеріне байланысты.

Капиллярлар - жіңішке түтіктер, сондай-ақ адам және басқа жануарлар ағзасындағы ең жұқа тамырлар (Қараңыз: Капиллярлар (биология)).

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиет

Прохоренко П.П. Ультрадыбыстық капиллярлық эффект / П.П.Прохоренко, Н.В.Дежкунов, Г.Е.Коновалов; Ред. В.В.Клубович. 135 б. Минск: «Ғылым және технология», 1981 ж.

Сілтемелер

Горин Ю. Өнертапқыштық есептерді шешуге арналған физикалық әсерлер мен құбылыстардың индексі (TRIZ құралы) // тарау. 1.2 Сұйықтардың беттік керілуі. Капиллярлық.

Викимедиа қоры.

2010.

Басқа сөздіктерде «Капиллярлық (физика)» деген не екенін қараңыз:

Капилляр сөзі сұйықтық өтетін өте тар түтіктерді сипаттау үшін қолданылады. Толығырақ ақпарат алу үшін капиллярлық әсер мақаласын қараңыз. Капиллярлық (биология) қан тамырларының ең кіші түрі. Капиллярлық (физика) Капиллярлық... ... Википедия

Ландау асқын сұйықтықтың критериі жүйенің (фонондардың) элементар қозуларының энергиялары мен моменттерінің арасындағы байланыс, оның асқын сұйық күйде болу мүмкіндігін анықтайды. Мазмұны 1 Критерийдің тұжырымы 2 Критерийдің қорытындысы ... Уикипедия

Дроссель арқылы тұрақты қысымның төмендеуінің әсерінен оның баяу ағуы нәтижесінде газ температурасының өзгеруі (жол бойындағы құбырда орналасқан капиллярлық, клапан немесе кеуекті қалқа... ..); .

Бұл түссіз мөлдір сұйықтық, атмосфералық қысымда 4,2 К температурада (сұйықтық 4He) қайнайды. Сұйық гелийдің 4,2 К температурадағы тығыздығы 0,13 г/см³. Оның сыну көрсеткіші төмен, себебі... ... Wikipedia

Фонтанерлік әсер, ΔТ температура айырмашылығынан туындаған Δр қысым айырмашылығының асқын сұйықтықтағы пайда болуы (Асқындылықты қараңыз). Т.е. екі ыдыстағы сұйықтық деңгейінің айырмашылығында сұйық асқын сұйық гелийде көрінеді,... ... Ұлы Совет энциклопедиясы

Әрқайсымыз сұйықтық деп санайтын көптеген заттарды оңай еске түсіре аламыз. Дегенмен, заттың бұл күйіне нақты анықтама беру оңай емес, өйткені сұйықтарда мұндай болады физикалық қасиеттерібұл кейбір жағынан олар...... Collier энциклопедиясы

Капиллярлық (латынша capillas шашынан), капиллярлық әсер физикалық құбылыс, бұл сұйықтықтардың түтіктердегі, ерікті пішіндегі тар арналардағы және кеуекті денелердегі деңгейді өзгерту қабілетінен тұрады. Сұйықтықтың көбеюі... ... Wikipedia жағдайында болады