İnsan yaşamında ıslanma ve kılcal hareket. Kılcal olaylar (fizik)

Yüzey gerilimini deneysel olarak belirlemek nispeten kolaydır. Yüzey gerilimini belirlemek için statik, yarı statik ve dinamik olarak ayrılan çeşitli yöntemler vardır. Statik yöntemler, faz arayüzünün eğriliğiyle ilişkili kılcal olaylara dayanmaktadır.

Fazlar arasında yüzey eğriliğinin ortaya çıkmasıyla birlikte cismin iç basıncı değişir ve ilave (kılcal) Laplace basıncı ortaya çıkar. R, düz bir yüzeyin iç basınç özelliğini artırabilir veya azaltabilir. Bu ek basınç, yüzeye dik eğrilik merkezine yönlendirilen yüzey gerilimi kuvvetlerinin sonucu olarak temsil edilebilir. Eğrilik pozitif ve negatif olabilir (Şekil 2.2).

Pirinç. 2.2. Pozitif (a) ve negatif olan bir yüzey için ek basınç oluşum şeması (B) eğrilik

Sıvının hacminde bir değişiklik, yüzey enerjisindeki kendiliğinden azalma ve bunun enerjiye dönüşmesi sonucu meydana gelir. mekanik enerji vücut hacmindeki değişiklikler. Ayrıca denklem (2.2)'de sabit Helmholtz enerjisi için T,n,q yalnızca iki terim dikkate alınmalıdır dF = -pdV + ods. Dengede dF = 0 yani pdV = oranlar. Bu ifadede p = P- düz ve kavisli yüzeylere sahip bir cismin basıncı arasındaki basınç farkına eşit ek basınç (Lapplace basıncı) (AR):

Orana yüzey eğriliği denir.

Küresel bir yüzey için. Bu ifadenin yerine

Ek basınç denkleminde Laplace denklemini elde ederiz:

hangisinde G- Eğri yarıçapı; - eğrilik veya dağılım (Şekil 2.3).

Yüzey varsa düzensiz şekil, ortalama eğrilik fikrini kullanın ve Laplace denklemi şu şekle sahiptir:

burada Gr /*2 eğriliğin ana yarıçaplarıdır.

Pirinç. 2.3. Islanma (a) ve ıslanmama sırasında sıvının kılcal yükselişi (Ö) kılcal duvarlar

Yüzey gerilimi için Laplace denklemi yüzeyin orantılılığını gösteren biçimde yeniden yazılabilir.

kılcal yarıçapa gerginlik G ve basınç R, bir sıvıya daldırılmış bir kılcal borudan bir gaz kabarcığı kaçar. Rebinder'ın yüzey gerilimini deneysel olarak belirleme yöntemi bu orantılılığa dayanmaktadır.

Rehbinder yöntemi, sıvıya daldırılmış bir kılcal borudan bir gaz kabarcığının kaçtığı basıncı ölçer. Baloncuğun içinden geçtiği anda ölçülen basınç kılcal basınca eşit olacak ve yüzeyin eğrilik yarıçapı kılcal damarın yarıçapına eşit olacaktır. Deneyde, bir kılcalın yarıçapını ölçmek neredeyse imkansızdır, bu nedenle göreceli ölçümler yapılır: yüzey gerilimi bilinen bir sıvının içinden geçen bir gaz kabarcığı içindeki basınç (bu sıvıya standart denir) belirlenir ve ardından basınç belirlenir. R tespit edilebilir bir yüzey gerilimine sahip bir sıvının içinden geçen bir gaz kabarcığının içinde. Damıtılmış su genellikle standart bir sıvı olarak kullanılır ve doğru ölçümler için çift damıtma kullanılır.

Standart bir sıvının yüzey geriliminin içinden geçen baloncuğun basıncına oranına sabit denir.

kılcal damar Bilinen bir yüzey gerilimi ile

(t 0 ve ölçülen basınçlar ve R standart ve test sıvısı için ikincisinin yüzey gerilimi bu yöntemin temel hesaplama formülü ile belirlenir:

Değer yüksek doğrulukla biliniyorsa, belirlenen sıvının yüzey gerilimi de doğru olacaktır. Rebinder'ın yöntemi, yüzey geriliminin belirlenmesinde 0,01 mJ/m2'ye kadar doğruluk sağlar.

Kaldırma yöntemini kullanırken, sıvının kılcal içindeki yükselme (veya düşme) yüksekliği ölçülür ve cc, yüzey gerilimi bilinen standart bir sıvının yükselme yüksekliği ile karşılaştırılır (Şekil 2.4).

Pirinç. 2.4.

Kılcal yükselmenin nedeni, kılcal duvarlarını ıslatan sıvının yüzeyde belirli bir eğrilik oluşturması ve ortaya çıkan Laplace kılcal basıncının, sıvı sütununun ağırlığı etki eden kuvveti dengeleyene kadar kılcal damar içindeki sıvıyı yükseltmesidir. Sıvı yüzeyinin eğriliği negatif olduğunda kılcal damardaki sıvının arttığı gözlenir. İçbükey bir menisküs ile Laplace basıncı sıvıyı germe ve kaldırma eğilimindedir; bu tür kılcal yükselişe pozitif denir, kılcal duvarlarını ıslatan sıvıların karakteristiğidir (örneğin, cam - su sisteminde). Aksine, eğer yüzeyin eğriliği pozitifse (dışbükey menisküs), o zaman ek basınç sıvıyı sıkıştırma eğilimindedir ve kılcal damarda alçalması gözlenir, buna negatif kılcal yükselme denir. Benzer bir olay, kılcal duvarların sıvıyla ıslanmadığı durumlar için tipiktir (örneğin, cam-cıva sisteminde).

Şek. 2.4. ıslanma yüzeyin geometrisini etkiler ve eğer r eğrilik yarıçapı ise kılcal damarın yarıçapı R onunla ilişkiyle bağlantılı

Nerede V- temas açısı (kılcal duvarlar sıvı tarafından ıslandığında akut). Son ilişkiden şu sonuç çıkıyor

Bu ilişkiyi denklem (2.4)'te yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

Denklemde sıvı kolonunun basıncının olduğunu dikkate alırsak pdV = oranlar yüksekliğiyle alakalı mgh = V(p-p^)gh, oranı elde edebilirsiniz ve ardından Jurin formülü:

Nerede H- kılcal damardaki sıvı yükselme yüksekliği; R- sıvı yoğunluğu; not- doymuş buharının yoğunluğu; G- yerçekimi ivmesi.

Sıvının yoğunluğunun sağlanması şartıyla R ve doymuş buhar yoğunluğu not eşsiz (R » P s) yüzey gerilimi için yazılabilir

Daha basitleştirilmiş bir formül aynı zamanda damar duvarlarının sıvıyla tamamen ıslandığını varsayar (çünkü V = 1):

^ _ 2(7

gR(p-Ps)"

Yöntemi pratikte kullanırken, yüzey gerilimi formül kullanılarak hesaplanır.

Nerede ve H- standart ve test sıvılarının kılcal damarlarındaki yükselme yüksekliği; r^i r- yoğunlukları.

Bu yöntem şu koşullar altında kesin bir yöntem olarak kullanılabilir: içinde - const, daha iyi V= 0°, bu değer, olmayan birçok sıvı için kabul edilebilir. ek koşullar. Deneyde sıvı tarafından iyice ıslatılmış ince kılcal damarların kullanılması gerekmektedir. Kılcal yükselme yöntemi ayrıca yüzey geriliminin belirlenmesinde 0,01-0,1 mJ/m'ye kadar yüksek doğruluk sağlayabilir.

Pipetten kokteyl veya diğer içecekleri içmeyi seviyorsanız, muhtemelen pipetin uçlarından biri sıvıya batırıldığında içindeki içecek seviyesinin bir bardağa veya bardağa göre biraz daha yüksek olduğunu fark etmişsinizdir. Bu neden oluyor? Genellikle insanlar bunu düşünmez. Ancak fizikçiler uzun zamandır bu tür olayları iyi bir şekilde inceleyebildiler ve hatta onlara kendi adlarını verdiler: kılcal olay. Bunun neden olduğunu ve bu olgunun nasıl açıklandığını bulma sırası bizde.

Kılcal damar olayları neden ortaya çıkıyor?

Doğada olup biten her şeyin makul bir açıklaması vardır. Sıvı ıslanıyorsa (örneğin, plastik bir tüpteki su), tüpün yukarısına doğru çıkacak ve ıslanmıyorsa (örneğin, bir cam şişedeki cıva) alçalacaktır. Üstelik böyle bir kılcalın yarıçapı ne kadar küçük olursa, sıvının yükseleceği veya alçalacağı yükseklik de o kadar büyük olur. Bu tür kılcal damar olaylarını açıklayan nedir? Fizik bunların kuvvetlerin etkisi sonucu oluştuğunu söylüyor.Kılcal damar içindeki sıvının yüzey tabakasına yakından baktığınızda şeklinin bir çeşit daire olduğunu fark edeceksiniz. Sınırı boyunca, borunun duvarlarına yüzey gerilimi adı verilen bir kuvvet uygulanır. Ayrıca ıslatıcı bir sıvı için yön vektörü aşağıya doğru, ıslatmayan bir sıvı için ise yukarıya doğru yönlendirilir.

Üçüncüye göre, kaçınılmaz olarak kendisine eşit büyüklükte karşıt baskılara neden olur. Dar bir tüpteki sıvının yükselmesine veya düşmesine neden olan şey budur. Bu, her türlü kılcal damar olayını açıklar. Ancak pek çok kişinin zaten mantıklı bir sorusu vardır: "Sıvının yükselişi veya düşüşü ne zaman duracak?" Bu, yerçekimi kuvveti veya Arşimet kuvveti, sıvının tüp içinde hareket etmesine neden olan kuvveti dengelediğinde gerçekleşecektir.

Kılcal damar fenomeni nasıl kullanılabilir?

Kırtasiye üretiminde yaygınlaşan bu olgunun uygulamalarından birine hemen hemen her öğrenci aşinadır. Muhtemelen ne hakkında konuştuğumuzu zaten tahmin etmişsinizdir.

Tasarımı neredeyse her pozisyonda yazmanıza olanak tanır ve kağıt üzerindeki ince ve net işaret, bu öğeyi uzun süredir yazma camiası arasında çok popüler hale getirmiştir. ayrıca yaygın olarak kullanılan tarım Topraktaki hareketi düzenlemek ve nemi korumak için. Bildiğiniz gibi mahsullerin yetiştirildiği toprak, tanecikleri arasında dar boşlukların bulunduğu gevşek bir yapıya sahiptir. Aslında bunlar kılcal damarlardan başka bir şey değil. Bunlar sayesinde su kök sistemine akar ve bitkilere gerekli nemi ve faydalı tuzları sağlar. Ancak bu yollar boyunca toprak suyu da hızla yükselir ve buharlaşır. Bu işlemin engellenmesi için kılcal damarların yok edilmesi gerekmektedir. Toprağın gevşemesinin nedeni tam olarak budur. Bazen suyun kılcal damarlardaki hareketini arttırmak gerektiğinde tam tersi bir durum ortaya çıkar. Bu durumda toprak yuvarlanır ve buna bağlı olarak dar kanalların sayısı artar. Günlük yaşamda kılcal damar fenomeni çeşitli koşullar altında kullanılmaktadır. Kurutma kağıdı, havlu ve peçete kullanımı, fitillerin teknolojide ve teknolojide kullanılması - tüm bunlar, bileşimlerinde dar uzun kanalların bulunması nedeniyle mümkündür.

Belediye eğitim kurumu "Lyceum No. 43"

(doğal ve teknik)

Kılcal Damar Olayı
Rozhkov Dmitry

Saransk

2013
İçindekiler

Literatür taraması 3

Sıvıların özellikleri. Yüzey gerilimi 3

Yayla Deneyimi 6

Islanma ve ıslanmama olayları. Kenar açısı. 7

Doğada ve teknolojide kılcal olaylar 8

Kan damarları 10

Adam 11'in hizmetinde köpük

Pratik bölüm 11

“Çeşitli gözenekli kağıt numunelerinin kılcal özelliklerinin incelenmesi” 11

Sonuçlar ve sonuçlar 13

Kaynakça 13

Literatür incelemesi

Kılcal olaylar, karışmayan ortamlar arasındaki arayüzdeki yüzey geriliminin neden olduğu fiziksel olaylardır. Bu tür olaylar genellikle sıvı ortamlardaki, başka bir sıvıya, gaza veya kendi buharına bitişik yüzeylerinin eğriliğinden kaynaklanan olayları içerir.

Kılcal olay, moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin ve dış kuvvetlerin (öncelikle yerçekimi) etkisi altında bir sıvı yüzeyinin çeşitli denge ve hareket durumlarını kapsar. En basit durumda, dış kuvvetlerin olmadığı veya dengelendiği durumlarda sıvının yüzeyi daima kavislidir. Böylece ağırlıksızlık koşullarında, diğer cisimlerle temas halinde olmayan sınırlı hacimdeki sıvı, yüzey geriliminin etkisiyle top şeklini alır. Bu şekil, sıvının kararlı dengesine karşılık gelir, çünkü top belirli bir hacim için minimum yüzey alanına sahiptir ve dolayısıyla bu durumda sıvının yüzey enerjisi minimumdur. Sıvı, aynı yoğunluktaki başka bir sıvının içindeyse de küre şeklini alır (yer çekiminin etkisi, Arşimet kaldırma kuvveti ile telafi edilir).

Çok sayıda küçük damla veya kabarcıktan (emülsiyonlar, sıvı aerosoller, köpükler) oluşan sistemlerin özellikleri ve bunların oluşma koşulları büyük ölçüde parçacıkların yüzeyinin eğriliği, yani kılcal olay tarafından belirlenir. Kılcal fenomen, yeni bir fazın oluşumunda eşit derecede önemli bir rol oynar: buharların yoğunlaşması sırasında sıvı damlacıkları, sıvıların kaynaması sırasında buhar kabarcıkları ve kristalleşme sırasında katı fazın çekirdekleri.

Bir sıvı katılarla temas ettiğinde yüzeyinin şekli, sıvı ve katı moleküllerinin etkileşiminden kaynaklanan ıslanma olgusundan önemli ölçüde etkilenir.

Kılcal emilim, bitkilere su sağlanmasında ve nemin toprakta ve diğer gözenekli cisimlerde hareketinde önemli bir rol oynar. Çeşitli malzemelerin kılcal emprenye edilmesi kimyasal teknoloji süreçlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Dış kuvvetlerin etkisi altında bir sıvının serbest yüzeyinin eğriliği, kılcal dalgaların (sıvı yüzeyindeki “dalgalanmalar”) varlığına neden olur. Sıvı arayüzlerinin hareketi sırasındaki kılcal olaylar fizikokimyasal hidrodinamik tarafından dikkate alınır.

Kılcal damar fenomeni ilk olarak Leonardo da Vinci, B. Pascal (17. yüzyıl) ve J. Jurin (Djurin, 18. yüzyıl) tarafından kılcal tüplerle yapılan deneylerde keşfedilmiş ve incelenmiştir. Kılcal olay teorisi, P. Laplace (1806), T. Young (Young, 1805), J.W. Gibbs (1875) ve I.S.'nin çalışmalarında geliştirilmiştir. Gromeki (1879, 1886).

Sıvıların özellikleri. Yüzey gerilimi

Sıvı haldeki bir maddenin molekülleri neredeyse birbirine yakın konumdadır. Moleküllerin kristalin tüm hacmi boyunca düzenli yapılar oluşturduğu ve sabit merkezler etrafında termal titreşimler gerçekleştirebildiği katı kristal cisimlerin aksine, sıvı moleküller daha fazla özgürlüğe sahiptir. Bir sıvının her molekülü, tıpkı bir katıda olduğu gibi, her taraftan komşu moleküller tarafından "sıkıştırılır" ve belirli bir denge konumu etrafında termal titreşimlere maruz kalır. Ancak zaman zaman herhangi bir molekül yakındaki boş bir bölgeye hareket edebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller kristallerde olduğu gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilirler. Bu sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın konumdaki moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) düzenli gruplar oluşturabilirler. Bu olguya kısa menzilli düzen denir (Şekil 1).

Moleküllerin yoğun paketlenmesi nedeniyle sıvıların sıkıştırılabilirliği, yani basınçtaki değişiklikle hacimdeki değişiklik çok küçüktür; gazlardan onlarca, yüzbinlerce kat daha azdır.

Sıvılar da katılar gibi sıcaklık değişimleriyle hacimlerini değiştirirler. Çok geniş olmayan sıcaklık aralıkları için, hacimdeki bağıl değişiklik ΔV/V 0, sıcaklıktaki değişiklik ΔT ile orantılıdır:

β katsayısına hacimsel genleşmenin sıcaklık katsayısı denir. Suyun termal genleşmesi Dünya'daki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4°C'nin altındaki sıcaklıklarda su genleşir. 4°C sıcaklıkta suyun maksimum yoğunluğu ρ = 10 3 kg/m3'tür.

Su donduğunda genişler, böylece buz, dondurucu bir su kütlesinin yüzeyinde yüzer halde kalır. Buzun altındaki suyun donma sıcaklığı 0°C'dir. Rezervuarın dibindeki daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 °C'dir. Bu sayede donan rezervuarların sularında hayat olabiliyor.

Sıvıların en ilginç özelliği serbest bir yüzeyin varlığıdır. Sıvı, gazlardan farklı olarak içine döküldüğü kabın hacminin tamamını doldurmaz. Sıvı ile gaz (veya buhar) arasında, sıvının geri kalanına göre özel koşullar altında olan bir arayüz oluşturulur. Bir sıvının sınır tabakasındaki moleküller, derinliğindeki moleküllerin aksine, aynı sıvının diğer molekülleri tarafından her taraftan çevrelenmez. Sıvı içindeki moleküllerden birine komşu moleküllerden etki eden moleküller arası etkileşim kuvvetleri ortalama olarak karşılıklı olarak telafi edilir. Sınır tabakasındaki herhangi bir molekül, sıvının içinde bulunan moleküller tarafından çekilir (belirli bir sıvı molekülüne gaz (veya buhar) moleküllerinden etki eden kuvvetler ihmal edilebilir). Sonuç olarak, sıvının derinliklerine yönlendirilen belirli bir kuvvet ortaya çıkar (Şekil 2).

İncir. 2

Bir molekül yüzeyden sıvıya doğru hareket ederse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif iş yapacaktır. Aksine, belirli sayıda molekülü sıvının derinliğinden yüzeye çekmek için (yani sıvının yüzey alanını arttırmak için), dış kuvvetlerin ΔA dış pozitif çalışmasını harcamak gerekir, yüzey alanının ΔS değişimiyle orantılı:
ΔA harici = σΔS.
σ katsayısına yüzey gerilim katsayısı (σ > 0) denir. Böylece yüzey gerilim katsayısı, sabit sıcaklıkta bir sıvının yüzey alanını bir birim artırmak için gereken işe eşittir.

SI'da yüzey gerilimi katsayısı metrekare başına joule (J/m2) veya metre başına newton (1 N/m = 1 J/m2) cinsinden ölçülür.

Sonuç olarak, bir sıvının yüzey katmanındaki moleküller, sıvının içindeki moleküllere kıyasla daha fazla potansiyel enerjiye sahiptir. Sıvı yüzeyinin potansiyel enerjisi E p alanıyla orantılıdır:
e P =A harici = σS.
Mekanikten bir sistemin denge durumlarının potansiyel enerjisinin minimum değerine karşılık geldiği bilinmektedir. Bundan, sıvının serbest yüzeyinin alanını azaltma eğiliminde olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır (Şekil 3).
.

Şek. 3
Sıvı, yüzeyine teğetsel olarak etki eden kuvvetler bu yüzeyi daraltıyor (çekiyor) gibi davranır. Bu kuvvetlere yüzey gerilim kuvvetleri denir.

Yüzey gerilim kuvvetlerinin varlığı, bir sıvının yüzeyini elastik gerilmiş bir film gibi gösterir; tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani filmin nasıl deforme olduğuna) ve yüzey gerilimine bağlı olmasıdır. kuvvetler sıvıların yüzey alanına bağlı değildir.

Herhangi bir sistem kendiliğinden potansiyel enerjisinin minimum olduğu bir duruma geçtiğinden, sıvının da kendiliğinden serbest yüzey alanının en küçük değere sahip olduğu duruma dönüşmesi gerekir. Bu, aşağıdaki deney kullanılarak gösterilebilir.

P harfi şeklinde bükülmüş bir tele hareketli bir çapraz eleman bağlanmıştır (Şekil 4). Bu şekilde elde edilen çerçeve, çerçeveyi bir sabun çözeltisine indirerek sabun filmiyle kaplanır. Çerçeveyi çözeltiden çıkardıktan sonra çapraz çubuk yukarı doğru hareket eder, yani moleküler kuvvetler aslında sıvının serbest yüzey alanını azaltır.

Şekil 4
Aynı hacimde küre en küçük yüzey alanına sahip olduğundan, ağırlıksız durumdaki sıvı küre şeklini alır. Aynı sebepten dolayı küçük sıvı damlaları küresel bir şekle sahiptir. Sabun filmlerinin çeşitli çerçevelerdeki şekli her zaman sıvının en küçük serbest yüzey alanına karşılık gelir.

Yayla Deneyimi

Herhangi bir sıvının doğal şekli küredir. Tipik olarak yerçekimi, sıvının bu şekli almasını engeller ve sıvı, kap yoksa ya ince bir tabaka halinde yayılır ya da kabın şeklini alır. Aynı yoğunluktaki başka bir sıvının içindeyken sıvı doğal, küresel bir şekil alır.

Şekil 5
Zeytinyağı suda yüzer ama alkolde batar. Yağın dengede olacağı su ve alkol karışımı hazırlayabilirsiniz. Bir cam tüp veya şırınga kullanarak bu karışıma biraz zeytinyağı ekleyin: yağ, sıvı içinde hareketsiz asılı kalacak küresel bir damla halinde toplanacaktır. Yağ topunun ortasından bir tel geçirip onu döndürürseniz, yağ topu düzleşmeye başlar ve birkaç saniye sonra küçük küresel yağ damlacıklarından oluşan bir halka ondan ayrılır. Bu deney ilk olarak Belçikalı fizikçi Plateau tarafından gerçekleştirildi.

Devasa ölçekte bu olguyu yıldızımızda, Güneş'te ve dev gezegenlerde gözlemlemek mümkündür. Bu gök cisimleri kendi eksenleri etrafında çok hızlı bir şekilde dönmektedir. Bu dönme sonucunda cisimler kutuplarda çok kuvvetli bir şekilde sıkıştırılır.

Şekil 6

Islanma ve ıslanmama olayları. Kenar açısı.

Islanma ve ıslanmama - kılcal olaylar doğada ve teknolojide yaygındır. İkisi de önemli Gündelik Yaşam ve en önemli bilimsel ve teknik sorunların çözümü için. Bu konulardaki bilginiz birçok soruya cevap vermenizi sağlar. Örneğin, kılcal damar olayı, bitki örtüsünün kök sistemi tarafından besin maddelerinin ve nemin topraktan emilmesine izin verir, canlı organizmalarda kan dolaşımının kılcal damar olayına dayandığı, yüzdürme nedir ve nerede kullanılır, bazı katıların neden iyi olduğu sıvıyla ıslatılmış, diğerleri zayıf şekilde ıslanmış, vb.

Bir cam çubuğu cıvaya batırıp çıkarırsanız üzerinde cıva kalmaz. Bu çubuğu suya koyarsanız, çıkardıktan sonra ucunda bir damla su kalacaktır. Bu deney, cıva moleküllerinin birbirlerine cam moleküllerine göre daha kuvvetli, su moleküllerinin ise cam moleküllerine göre daha az çekildiğini göstermektedir.

Bir sıvının molekülleri katının moleküllerine göre daha az birbirini çekiyorsa sıvıya sıvı denir. ıslatma bu madde. Örneğin su temiz camı ıslatır ama parafini ıslatmaz. Bir sıvının molekülleri birbirlerine katı bir maddenin moleküllerinden daha güçlü bir şekilde çekilirse, o zaman sıvıya bu maddenin ıslanmaması denir. Cıva camı ıslatmaz ama saf bakır ve çinkoyu ıslatır.

Katı bir maddeden oluşan yatay olarak düz bir plaka yerleştirelim ve üzerine incelenen sıvıyı bırakalım. Daha sonra damla, Şekil 7'de gösterildiği gibi yerleştirilecektir ( A) veya Şekil 2'de gösterildiği gibi. 7( B).

a) b)

Şekil 7.
İlk durumda sıvı ıslanır sağlam, ama ikincisinde - hayır. Şekil 5'te işaretlenen θ açısına denir temas açısı. Temas açısı, bir katının düz yüzeyi ile sıvının serbest yüzeyine teğet olan ve sınırlandıkları bir düzlem tarafından oluşturulur. sağlam, sıvı ve gaz; Temas açısının içinde daima sıvı bulunur. Islatıcı sıvılar için temas açısı dar, ıslatmayan sıvılar için ise geniştir. Yer çekiminin temas açısını bozmasını önlemek için damlanın mümkün olduğu kadar küçük olması gerekir.

Katı yüzey dik konumdayken temas açısı θ korunduğu için içine döküldüğü kabın kenarlarındaki ıslatıcı sıvı yükselir, ıslatmayan sıvı ise batar.

Tam ıslanma ile θ = 0, cos θ = 1.

Şekil 8

Doğada ve teknolojide kılcal olaylar

Kılcal borudaki sıvının yükselişi, kılcal borudaki sıvı sütununa etki eden yerçekimi kuvveti, sıvının kılcal boru yüzeyi ile temas sınırı boyunca etki eden sonuçta ortaya çıkan Fn yüzey gerilimi kuvvetlerine eşit olana kadar devam eder. : F t = F n, burada F t = mg = ρhπr 2 g, F n = σ2πr cos θ.

Bu şu anlama gelir:

Dar tüplerdeki sıvı yüzeyinin eğriliği, iletişim kuran kaplar yasasının açıkça ihlal edilmesine yol açar.

Formülden yüksekliğin açıkça görüldüğü H tüpün iç yarıçapı ne kadar büyük olursa o kadar küçük olur R. İç çapı saçın çapına yakın (hatta daha az) olan tüplerde suyun yükselmesi belirgindir; Bu nedenle, bu tür tüplere kılcal damarlar denir (Yunanca "kılcal" kelimesinden - kıllı, ince). Kılcal damarlardaki ıslatıcı sıvı yükselir (Şekil 9, a) ve ıslatmayan sıvı aşağı iner (Şekil 9, a) B).

Şekil 9

Kılcal olay sadece tüplerde değil aynı zamanda dar aralıklarda da gözlemlenebilir. İki cam plakayı aralarında dar bir boşluk oluşacak şekilde suya indirirseniz, plakalar arasındaki su yükselecek ve ne kadar yakınsa o kadar yüksek olacaktır. Kılcal damar olayları doğada ve teknolojide önemli bir rol oynar. Bitkilerde çok sayıda küçük kılcal damar vardır. Ağaçlarda, topraktaki nem kılcal damarlar yoluyla ağaçların tepelerine yükselir ve burada yapraklar aracılığıyla buharlaşarak atmosfere karışır. Toprakta kılcal damarlar vardır ve toprak yoğunluğu arttıkça kılcal damarlar daralır. Su bu kılcal damarlardan yüzeye çıkarak hızla buharlaşır ve toprak kurur. İlkbaharda toprağın erken sürülmesi kılcal damarları tahrip eder, yani toprak altı nemini korur ve verimi arttırır.

Teknolojide, kılcal gözenekli cisimlerin kurutulması vb. işlemlerde kılcal olaylar büyük önem taşımaktadır. Büyük önem inşaat sektöründe kılcal damar olayları meydana gelir. Örneğin bir tuğla duvarın ıslanmasını önlemek için evin temeli ile duvar arasına kılcal damar içermeyen bir maddeden conta yapılır. Kağıt endüstrisinde, farklı kalitelerde kağıt üretilirken kılcallık dikkate alınmalıdır. Örneğin yazı kağıdı yapılırken kılcal damarları tıkayan özel bir bileşimle emprenye edilir. Günlük yaşamda kılcal olaylar fitillerde, kurutma kağıdında, mürekkep sağlamak için kullanılan kalemlerde vb. kullanılır.

Çoğu bitki ve hayvan dokusuna çok sayıda kılcal damar nüfuz eder. Vücudun solunumu ve beslenmesiyle ilgili ana süreçler kılcal damarlarda gerçekleşir; yaşamın tüm karmaşık kimyası difüzyon fenomeniyle yakından ilişkilidir. Ağaç gövdeleri, dalları ve bitki gövdeleri, besin maddelerinin en üst yapraklara yükseldiği çok sayıda kılcal borudan geçer. Bitkilerin kök sistemi en ince kılcal ipliklerle biter. Ve kök için besin kaynağı olan toprağın kendisi, yapıya ve işlemeye bağlı olarak, içinde çözünmüş maddeler içeren suyun yüzeye daha hızlı veya daha yavaş yükseldiği bir dizi kılcal tüp olarak temsil edilebilir. Çap ne kadar küçük olursa, kılcal damarlardaki sıvının yüksekliği de o kadar büyük olur. Buradan nemi korumak için toprağın kazılması ve drenaj için sıkıştırılması gerektiği açıktır.

Doğadaki yüzey olaylarının rolü çeşitlidir. Örneğin suyun yüzey filmi, hareket halindeyken birçok organizmaya destek sağlar. Bu hareket şekli küçük böceklerde ve örümceklerde bulunur. En ünlüsü, yalnızca geniş aralıklı bacaklarının uç kısımlarıyla suyun üzerinde duran su yürüyüşçüleridir. Mumsu bir kaplama ile kaplanan ayak su ile ıslanmaz, suyun yüzey tabakası ayağın basıncı altında bükülerek küçük bir çöküntü oluşturur. Bazı türlerin kıyı örümcekleri de benzer şekilde hareket eder, ancak bacakları su gezginlerininki gibi su yüzeyine paralel değil, ona dik açılarda bulunur.

Suda yaşayan ancak solungaçları olmayan bazı hayvanlar, solunum organlarını çevreleyen ıslanmayan kıllar yardımıyla aşağıdan suyun yüzey tabakasına asılır. Bu teknik sivrisinek larvaları (sıtma larvaları dahil) tarafından "kullanılır".

Su kuşlarının tüyleri ve tüyleri her zaman özel bezlerin yağlı salgılarıyla zengin bir şekilde yağlanır, bu da onların su geçirmezliğini açıklar. Ördeğin tüyleri arasında yer alan ve suyun yerini değiştirmediği kalın hava tabakası, ördeği ısı kaybından korumakla kalmaz, aynı zamanda cankurtaran kemeri gibi davranarak suyun kaldırma kabiliyetini de büyük ölçüde artırır.

Yaprakların üzerindeki mumsu kaplama, stomaların taşmasını önler, bu da bitkinin uygun solunumunun bozulmasına neden olabilir. Aynı mumsu kaplamanın varlığı, sazdan çatının, saman yığınlarının vb. su geçirmezliğini açıklar.

Fotosentez de dahil olmak üzere suya sürekli ihtiyaç duyulan ana nem tüketen organ, kökten uzakta bulunan yapraktır. Ek olarak, yaprak, su buharına "doydurulmak" için genellikle suyu "uzaklaştıran" hava ile çevrilidir. Bir çelişki ortaya çıkar: Yaprak sürekli suya ihtiyaç duyar, ancak onu sürekli kaybeder ve kökte sürekli olarak fazla su bulunur, ancak ondan kurtulmaya karşı değildir. Bu sorunun çözümü açıktır: Fazla suyu kökten yapraklara pompalamanız gerekir. Böyle bir su tedarik sisteminin rolü gövde tarafından üstlenilir. Özel tüpler - kılcal damarlar aracılığıyla yapraklara su iletir. Kapalı tohumlularda bunlar en mükemmel olanlardır ve duvarları selüloz ve lignin ile kaplı uzun (bitkinin kendisi kadar uzun) içi boş kaplardır. Bu tür iletken kapların sistemine ksilem denir (Yunanca ksilondan - ağaç, tahta blok).

Kökün topraktan emdiği mineral maddeler kök ksilem damarlarının lümeninde yoğunlaşırsa, su, ozmoz mekanizması yoluyla çevredeki kök hücrelerden ksileme doğru akar.

“Su pompalama” mekanizması iki ozmotik pompadan ve damar duvarlarının kılcal kuvvetlerinden oluşur.

Kan damarları

Tüm vücuda kan damarları nüfuz eder. Yapı olarak aynı değiller. Arterler kanın kalpten uzaklaştığı damarlardır. Düz kaslar içeren yoğun elastik elastik duvarlara sahiptirler. Kalp kasılırken yüksek basınç altında kanı atardamara pompalar. Yoğunlukları ve elastikiyetleri nedeniyle atardamar duvarları bu basınca ve esnemeye karşı dayanıklıdır.

Büyük arterler kalpten uzaklaştıkça dallanır. En küçük arterler en ince kılcal damarlara ayrılır. Duvarları tek bir düz hücre katmanından oluşur. Kan plazmasında çözünen maddeler kılcal damarların duvarlarından doku sıvısına geçer ve ondan hücrelere girer. Hücre atık ürünleri kılcal damarların duvarlarından doku sıvısından kana nüfuz eder. İnsan vücudunda yaklaşık 150 milyar kılcal damar bulunmaktadır. Tüm kılcal damarlar tek bir çizgiye çekilirse, dünyayı ekvator boyunca iki buçuk kez çevreleyebilir. Kılcal damarlardan gelen kan, kanın kalbe doğru hareket ettiği damarlar olan damarlarda toplanır. Damarlardaki basınç düşüktür, duvarları atardamar duvarlarından daha incedir.

İnsanın hizmetinde köpük

Flotasyon fikrine yol açan şey teori değil, rastgele bir gerçeğin dikkatli bir şekilde gözlemlenmesiydi. 19. yüzyılın sonunda. Amerikalı öğretmen Currie Everson, içinde bakır piritin saklandığı yağlı torbaları yıkarken, pirit tanelerinin sabun köpüğüyle birlikte yüzdüğünü fark etti. Bu, flotasyon yönteminin geliştirilmesine ivme kazandırdı. Bu yöntem madencilik ve metalurji endüstrisinde cevher zenginleştirme amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. İçlerindeki değerli bileşenlerin göreceli içeriğini arttırmak. Flotasyonun özü aşağıdaki gibidir. İnce öğütülmüş cevher, faydalı mineral parçacıklarını suyla ıslanmayan ince bir filmle sarabilen su ve yağlı maddelerle dolu bir tekneye yüklenir. Karışım havayla kuvvetli bir şekilde karıştırılır, böylece çok sayıda küçük kabarcık oluşur - köpük. Bu durumda, ince yağlı bir filmle kaplanmış faydalı mineral parçacıkları, hava kabarcığının kabuğuyla temas ettiğinde ona yapışır, kabarcığa asılır ve tıpkı bir balon gibi onunla birlikte taşınır. Yağlı bir maddeyle kaplanmayan atık kaya parçacıkları kabuğa yapışmaz ve sıvı içinde kalır. Sonuç olarak, faydalı mineral parçacıklarının neredeyse tamamı, sıvının yüzeyindeki köpüğe dönüşür. Köpük çıkarılır ve daha ileri işlemler için gönderilir - sözde konsantreyi elde etmek için .

Flotasyon tekniği, karışık sıvıların uygun şekilde seçilmesiyle, gerekli yararlı mineralin herhangi bir bileşimdeki gang kayasından ayrılmasına olanak tanır.

Pratik kısım

“Çeşitli gözenekli kağıt numunelerinin kılcal özelliklerinin incelenmesi”

İşin amacı: Çeşitli gözenekli kağıt örneklerinin kılcal özelliklerini inceleyin (farklı üreticilerin kağıt peçeteleri örneğini kullanarak).

Cihazlar ve malzemeler: kağıt numuneleri, damıtılmış su, cetvel, banyo.

Yürütme yöntemi:

İmalatçı adı			Tasarım kılcal yarıçapı, 10 -5 m
	2,25 2,3	2,25	0,6621	4
BRIZ LLC, Novorossiysk	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

Suyu sütle değiştirerek deneyi tekrarladım.

Süt %2,5;

Hesaplamalarda aşağıdaki tablo değerlerini kullandım:

 – sütün yoğunluğu (1,03x103 kg/m3);

 – yüzey gerilimi (hava sınırındaki süt için)  = 46x10 -3 N/m)

İmalatçı adı	Sıvı kaldırma yüksekliği, 10 -2 m	Sıvı yükselişinin ortalama yüksekliği, 10 -2 m	Tasarım kılcal yarıçapı, 10 -3 m	4 noktalı sistem kullanılarak nem emme kalitesinin değerlendirilmesi
LLC "Rus Kağıdı TÜM Ürünler" Bryansk	1,1 1,1	1,09	0,836	4
BRIZ LLC, Novorossiysk	0,8 0,55	0,64	1,424	3
Yeni Teknolojiler LLC, Krasnodar	0,3 0,38	0,31	2,94	2
IP Kitaikin A.B. Novoshakhtinsk, Rostov bölgesi.	0,98 1,0	0,97	0,94	4

Sonuçlar ve Sonuçlar

Yapılan çalışma sonucunda çeşitli üreticilerin kağıt peçetelerinin kalitesinin objektif bir değerlendirmesi elde edildi.
En iyi sonuçlar aşağıdaki üreticilerin numuneleriyle gösterildi: Russian Paper ALL Products LLC, Bryansk ve IP Kitaykin A.B. Novoshakhtinsk, Rostov bölgesi.
En kötüsü, Magnit mağaza zinciri için üretilen New Technologies LLC, Krasnodar'ın peçeteleriydi.
En iyi peçetelerin 43 No'lu Lyceum'un kantininde kullanılması önerilebilir.

Kaynakça

Fiziksel ansiklopedi. http://enc-dic.com/enc_physics/Kapilljarne-javlenija-911.html
Sıvıların özellikleri http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=161&Itemid=72#q3
Kılcal fenomen. http://seaniv2006.narod.ru/1191.html (03.12.12)

) — kılcal olaylardan kaynaklanan kuvvet. Kılcal olay, bir sıvının başka bir ortamla ara yüzeyindeki eğriliğiyle ilişkili yüzey olaylarını içerir.

Tanım

Sıvı yüzeyinin gaz fazı sınırındaki eğriliği, sıvının yüzey gerilimi eyleminin bir sonucu olarak meydana gelir; bu, ara yüzeyi kısaltma eğiliminde olur ve sınırlı hacimdeki sıvıya, yüzey gerilimi kuvvetlerinin en düşük potansiyeline sahip bir şekil verir. . Yüzey gerilimi kuvvetleri, faz arayüzünün altında, büyüklüğü Laplace formülüyle belirlenen ek basınç (kılcal basınç) oluşturur:

yüzey gerilimi nerede ve - yüzeyin ortalama eğrilik yarıçapı.

Yeterince büyük sıvı kütleleri durumunda, yüzey geriliminin etkisi yerçekimi ile telafi edilir, bu nedenle kılcal olaylar öncelikle sıvı dar kanallarda (kılcal damarlarda) ve gözenekli ortamda olduğunda kendini gösterir.

Dar bir kanalda, sıvı ve gaz arasındaki arayüz kavisli bir şekil (menisküs) alır; kılcal duvarların sıvı tarafından ıslanmaması durumunda dışbükey ve ıslanması durumunda içbükeydir. Dışbükey bir menisküs, yüzeyinin altında aşırı basınç oluştururken, içbükey bir menisküs negatif basınç (nadirlik) oluşturur. İkinci fenomen, sıvının, birçok olayda önemli bir rol oynayan yerçekimine karşı da dahil olmak üzere, ıslak duvarlara sahip kılcal damarlara akmasına neden olur. biyolojik süreçler. Gözenekli ortamdaki kılcal olaylar, yeraltı suyunun yayılmasından, dokuların ve diğer lifli malzemelerin sıvılarla emprenye edilmesinden (fitil etkisi) sorumludur. İki pürüzlü ıslak yüzey, yerel temas noktalarının yakınında etkileşime girdiğinde, sıvı menisküs ortaya çıkar ve kılcal damar görünümüne yol açar.

İllüstrasyonlar

Yazarlar

Goryacheva Irina Georgievna
Shpenev Alexey Gennadievich

Kaynaklar

Kılcal etki // Wikipedia, özgür Ansiklopedi. -www.en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action (erişim tarihi: 26.07.2010).
Kılcal olaylar // Kimyasal ansiklopedi. T. 2. - M .: Sovyet Ansiklopedisi, 1990. S. 310–311.
Kılcal olaylar // Büyük Sovyet Ansiklopedisi. 3. baskı, 1969–1978.

Tüplerdeki seviyeyi değiştirin, keyfi şekilli dar kanallar, gözenekli gövdeler. Kanalların cam tüplerdeki su, kum, toprak vb. sıvılarla ıslandığı durumlarda sıvıda artış meydana gelir. Sıvıyla ıslanmayan tüplerde ve kanallarda örneğin civa gibi sıvılarda sıvı azalması meydana gelir. cam tüp.

Hayvanların ve bitkilerin hayati faaliyetleri, kimyasal teknolojiler ve günlük olaylar (örneğin, gazyağı lambasının fitili boyunca gazyağının kaldırılması, ellerin havluyla silinmesi) kılcallığa dayanmaktadır. Toprağın kılcallığı, suyun toprakta yükselme hızına göre belirlenir ve toprak parçacıkları arasındaki boşlukların boyutuna bağlıdır.

Kılcal damarlar ince tüplerdir ve aynı zamanda insan vücudundaki ve diğer hayvanlardaki en ince damarlardır (bkz. Kılcal damar (biyoloji)).

Ayrıca bakınız

Edebiyat

Prokhorenko P.P. Ultrasonik kılcal etki / P.P. Prokhorenko, N.V. Dezhkunov, G.E. Konovalov; Ed. V. V. Klubovich. 135 s. Minsk: “Bilim ve Teknoloji”, 1981.

Bağlantılar

Gorin Yu.V. Yaratıcı problemlerin çözümünde kullanılacak fiziksel etkiler ve fenomenler dizini (TRIZ aracı) // Bölüm. 1.2 Sıvıların yüzey gerilimi. Kılcallık.

Wikimedia Vakfı. 2010.

Diğer sözlüklerde “Kılcal (fizik)” in ne olduğuna bakın:

Kılcal kelimesi, içinden sıvının geçebileceği çok dar tüpleri tanımlamak için kullanılır. Daha fazla ayrıntı için Kılcal etki makalesine bakın. Kılcal (biyoloji) en küçük kan damarı türüdür. Kılcal (fizik) Kılcal... ... Vikipedi

Süperakışkanlık için Landau kriteri, bir sistemin süperakışkan durumda olma olasılığını belirleyen, bir sistemin (fononlar) temel uyarılmalarının enerjileri ve momentumları arasındaki ilişkidir. İçindekiler 1 Kriterin formülasyonu 2 Kriterin sonucu ... Wikipedia

Tek bir rafta ticari soğutma ekipmanlarının bölünmüş sistemleri ve kondansatörlerinin (fan soğutma kuleleri) harici ünitesi Soğutma makinelerinin çalışmasına dayalı iklim ve soğutma ekipmanı ekipmanı ... Wikipedia

Gaz kelebeği boyunca sabit bir basınç düşüşünün etkisi altında yavaş akışının bir sonucu olarak gaz sıcaklığındaki bir değişiklik; gaz akışına yönelik yerel bir engel (yol boyunca boruda bulunan kılcal, valf veya gözenekli bölme... .. .

Atmosfer basıncında 4,2 K sıcaklıkta (sıvı 4He) kaynayan, renksiz şeffaf bir sıvıdır. 4,2 K sıcaklıkta sıvı helyumun yoğunluğu 0,13 g/cm³'tür. Düşük kırılma indisine sahiptir, çünkü... ... Vikipedi

Fışkırma etkisi, bir süperakışkan sıvıda sıcaklık farkının (ΔТ) neden olduğu bir basınç farkının (Δр) ortaya çıkması (bkz. Süperakışkanlık). T. e. iki kaptaki sıvı seviyelerindeki farklılıkta kendini sıvı süperakışkan helyumda gösterir,... ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Her birimiz sıvı olarak kabul ettiği birçok maddeyi kolaylıkla hatırlayabiliriz. Ancak sıvıların bu halleri olduğundan maddenin bu halinin kesin bir tanımını vermek o kadar kolay değildir. fiziki ozellikleri bazı açılardan onlar... ... Collier Ansiklopedisi

Kılcallık (Latince capillaris saçından), kılcal etki fiziksel olay sıvıların tüplerdeki seviyeyi, keyfi şekilli dar kanalları ve gözenekli gövdeleri değiştirme yeteneğinden oluşur. Aşağıdaki durumlarda sıvıda bir artış meydana gelir: ... Vikipedi