Меню

Почему вода при соприкосновении

Почему вода остается на коже вышедшего из нее человека, а не скатывается вниз?

Почему вода остается на коже вышедшего из нее человека, а не скатывается вниз?

Вода остается на коже вышедшего из нее человека, а не скатывается вниз, как, например, с покрытого жиром оперения водоплавающих птиц, лишь потому, что кожа человека смачивается водой: молекулы воды притягиваются силами межмолекулярного взаимодействия к коже сильнее, чем друг к другу. Еще сильнее смачивается водой хлопчатобумажная ткань полотенца – молекулы воды притягиваются к ткани полотенца сильнее, чем к коже, и переходят при вытирании с кожи на полотенце. В противном случае полотенце просто размазывало бы воду по коже, не впитывая ее (именно так и случилось бы, если бы полотенце было сшито из синтетической ткани, отталкивающей воду). Смачивание – поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом, – проявляется также в растекании жидкости по твердой поверхности. Оно играет важную роль в пропитке и сушке пористых материалов, моющем действии, пайке металлов, склеивании, течении жидкости в условиях невесомости.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Почему вода в глубоководном озере кажется голубой, а чистая вода из крана – бесцветной?

Почему вода в глубоководном озере кажется голубой, а чистая вода из крана – бесцветной? Солнечный свет, который мы иногда называем белым, содержит в себе все длины волн оптического диапазона – так называемые спектральные цвета – от инфракрасного до ультрафиолетового.

Почему вода в океане соленая?

Почему вода в океане соленая? Время от времени мы сталкиваемся с некоторыми вопросами, относящимися к нашей Земле, которые представляются нам таинственными и на которые еще не найдено ответов. Например, наличие соли в воде океанов. Как она туда попала?Да мы просто не

Почему вода течет из родника?

Почему вода течет из родника? Вода, которая вытекает из родников, когда-то выпала в виде дождя. Дождевая вода впитывается в землю и проникает в скальный грунт по трещинам. Конечно, часть воды остается у поверхности и испаряется в воздух, а также поглощается растениями

Почему вода гасит огонь?

Почему вода гасит огонь? На столь простой вопрос не всегда умеют правильно ответить, поэтому постараемся объяснить, в чем тут дело.Во-первых, прикасаясь к горящему предмету, вода превращается в пар, отнимая при этом много теплоты у горящего тела; чтобы превратить

Почему вода в гейзере горячая?

Почему вода в гейзере горячая? Даже если бы из гейзера не била в воздух огромная струя воды, он все равно оставался бы одним из наиболее интересных чудес природы. Гейзер действительно представляет собой горячий источник, а горячий источник – это уже само по себе

Почему вода в океане соленая?

Почему вода в океане соленая? Время от времени мы сталкиваемся с некоторыми вопросами, относящимися к нашей Земле, которые представляются нам таинственными и на которые еще не найдено ответов. Например, наличие соли в воде океанов. Как она туда попала?Конечно, нам

Почему вода гасит огонь?

Почему вода гасит огонь? На столь простой вопрос не всегда могут правильно ответить, поэтому постараемся объяснить, в чем тут дело. Во-первых, прикасаясь к горящему предмету, вода превращается в пар, отнимая при этом много теплоты у горящего тела; чтобы превратить крутой

Почему морская вода соленая?

Почему морская вода соленая? Этот вопрос до сих пор остается загадкой для ученых. Зато о самой морской соли известно очень многое. Ее считают полезной для здоровья, поэтому так много людей стремятся летом покупаться в море. Известно также, какое количество соли содержится

Почему морская вода считается полезной?

Почему морская вода считается полезной? Когда людям необходимо снять нервное возбуждение и успокоиться, им рекомендуют принимать морские ванны. С этой целью необязательно ехать на море, достаточно купить в аптеке морскую соль, растворить ее в обычной теплой воде и

Почему вода мокрая?

Почему вода мокрая? Говорить про воду, что она мокрая, не совсем корректно. Правильнее говорить, что вода делает мокрым то, что смачивает или пропитывает. При этом бывают такие объекты, которые никак не намокают. Например, если вода попадает на поверхность, покрытую жиром

6.5. Происхождение человека. Человек как вид, его место в системе органического мира. Гипотезы происхождения человека. Движущие силы и этапы эволюции человека. Человеческие расы, их генетическое родство. Биосоциальная природа человека. Социальная и природная среда, адаптации к ней человека

6.5. Происхождение человека. Человек как вид, его место в системе органического мира. Гипотезы происхождения человека. Движущие силы и этапы эволюции человека. Человеческие расы, их генетическое родство. Биосоциальная природа человека. Социальная и природная среда,

Почему вода в гейзере горячая?

Почему вода в гейзере горячая? Даже если бы из гейзера не била в воздух огромная струя воды, он все равно оставался бы одним из наиболее интересных чудес природы. Гейзер действительно представляет собой горячий источник, а горячий источник — это уже само по себе

Почему летучие мыши висят вниз головой?

Почему летучие мыши висят вниз головой? Немного найдется животных, которые умеют только летать. Ведь птицы и насекомые не только летают, но могут еще и ходить. А вот у летучих мышей конечности для ходьбы не приспособлены. Это означает, что даже встать они не могут. Поэтому,

Почему вода испаряется?

Почему вода испаряется? Все знают, что если развесить выстиранное белье, то оно высохнет. И так же очевидно, что мокрый тротуар после дождя обязательно станет сухим. Испарение — это процесс, при котором жидкость постепенно переходит в воздух в форме пара или газа. Все

Секрет № 306 Почему появляются угри на коже

Секрет № 306 Почему появляются угри на коже Причиной появления угрей могут быть гормональные нарушения, гиперкератоз (усиленное ороговение внутренней части каналов сальных желез, в результате которого мертвые клетки кожи скапливаются на поверхности кожи и закупоривают

Почему вода в глубоководном озере кажется голубой, а чистая вода из крана – бесцветной?

Почему вода в глубоководном озере кажется голубой, а чистая вода из крана – бесцветной? Солнечный свет, который мы иногда называем белым, содержит в себе все длины волн оптического диапазона – так называемые спектральные цвета – от инфракрасного до ультрафиолетового.

Источник

Почему кожа морщится, если долго находиться в воде?

О том, что кожа морщится при длительном соприкосновении с водой, известно всем. «Руки прачки» можно наблюдать не только после хорошей стирки. Достаточно понежиться в ванной или задержаться подольше в водоеме, и поверхность ступней и ладоней сморщивается. Эффект сохраняется некоторое время, затем кожа вновь становится гладкой, эластичной.

Многие, не задумываясь, объясняют изменения кожных покровов тем, что посредством осмоса роговой слой впитывает влагу и увеличивается в объеме. Но это не единственное возможное объяснение наблюдаемого феномена.

Читайте также:  Мицеллярная вода garnier для всех типов кожи

Реакция кожи на контакт с водой

Одна из основных функций кожи – барьерная. И это не только защита организма от вредных веществ и возбудителей болезни, кожные покровы также ограничивают проникновение жидкости извне. Верхние отделы кожи образованы слоем ороговевших отмерших клеток эпидермиса, покрытым снаружи липидами кожного сала. Наружный липидный слой обладает водоотталкивающими свойствами. Структура роговых чешуек представлена кератиновыми нитями, окруженными аморфным веществом, способным удерживать воду в поверхностных слоях кожи.

Долгое время считалось, что при соприкосновении с жидкостью в верхние слои эпидермиса частично проникает вода. Особенно реагирует на контакт с водной средой поверхность ладоней и стоп, что объяснялось более толстым роговым слоем в этих зонах. Предполагалось, что поскольку нижележащие ткани не изменяются, напитавшийся влагой верхний слой становится складчатым и внешне напоминает морщинистую кожу. Но позднее исследователям удалось открыть иной механизм, играющий более значительную роль в процессе сморщивания кожных покровов в воде.

Адаптационный механизм сморщивания кожи

В 1935 году было обнаружено, что при некоторых неврологических заболеваниях кожные покровы не реагируют на длительный контакт с водой. Отсутствие реакции ученые объяснили «отключением» специфических нервных окончаний. Этот факт позволил выдвинуть теорию о том, что сморщивание является реакцией вегетативной нервной системы.

В ответ на нервные стимулы происходит локальное сужение сосудов, приводящее к возникновению характерной складчатости. Этот механизм, по мнению ученых, возник в результате эволюции и носит приспособительный характер. Неровности на пальцах, ладонях и подошвах помогают удерживать предметы в воде, обеспечивают надежную хватку и уменьшают скольжение при ходьбе.

Опасен ли длительный контакт с водой?

Замечено, что неровности кожной поверхности появляются примерно через пять минут нахождения в воде. Пресная вода вызывает более быструю реакцию, чем морская. В обычных условиях сморщивание кожи является временным и полностью обратимым. Если же контакт с водой длится несколько часов или дней, кожные покровы кистей рук или ступней могут оставаться сморщенными на протяжении суток и более.

С реальными проблемами можно столкнуться в экстремальных условиях. Так называемая траншейная стопа возникает из-за долгого пребывания в сырости или холодной воде. Для этого синдрома характерны болевые ощущения, отек, покраснение, появление волдырей и язв в области стоп. Чаще всего патология наблюдалась у военнослужащих. Но она также может развиваться в морских или речных условиях, например, при крушениях или спасении утопающих.

Таким образом, существует несколько теорий, объясняющих сморщивание кожи при долгом нахождении в воде. Согласно последним исследованиям этот процесс является реакцией вегетативной нервной системы, вызывающей сужение кровеносных сосудов. Считается, что это эволюционный механизм, помогающий лучше захватывать мокрые предметы и облегчающий передвижение по дну водоемов.

Согласно другой теории жидкость проникает в верхний роговой слой в результате осмоса. Но даже при длительном контакте с водой возникающая морщинистость носит полностью обратимый характер. При некоторых неврологических заболеваниях реакция кожи на воду отсутствует.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Реакция ладоней на воду!ПОМОГИТЕ! Неизвестная болезнь

Уважаемые доктора! Слезно прошу помощи т.к. все просто разводят руками. ( НЕИЗВЕСТНАЯ БОЛЕЗНЬ.
Уже больше года страдаю странным симптомом(или болезнью). Руки странно реагируют на воду. При малейшем контакте ( несколько секунд ) подушечки пальцев сморщиваются как будто пробыла в ванной несколько часов. Сначала это было умерено, теперь же (стоит лишь помыть руки- подушечки сморщиваются до безобразного состояния. Недавно к подушечкам пальцев добавилось то,что за те же несколько секунд ладони становятся ШЕРШАВЫМИ как наждачка.Через какое то время ( минут 10) возвращаются к исходному состоянию. Была у дерматолога,у терапевта.Все только разводят руками.Назначали крема вроде радевита и много чего ещё.Пробовала мазала.Но при контакте с водой всё то же самое! В САМОМ НАЧАЛЕ один дерматолог предположил,что это дисгидроз.Прописал пропить глюконат кальция в течении двух недель. Может совпадение а может и нет,но на какое то время это проблема исчезла.Затем вернулась
Сдавала анализы на ВСЁ! Последний раз в Апреле:
Общий анализ-без отклонений
Биохимия-без отклонений
Скрининг диабета_норм.
Скрининг щитовидной железы-Норм.
Анализ на витамины- витамин D чуть ниже нормы.Остальное в рамках нормы.
32года.Рост 180.Вес 63.Пью много воды(Более 2.5 литров). Алкоголь не употребляю,не курю. Принимаю Омега3 (Solgar) . Хронических заболеваний (вроде бы)нет.
Есть Проблемы с психикой( то же полтора года). Нарушение сна, тахикардия (сердце проверяла год назад в норме),потливость.
Неделю принимаю вальдоксан.До этого были другие антидепрессанты-не помогли. Депрессии как таковой нет. Но проблемы с руками начались ДО приема препаратов(поэтому реакцию на какоё то антидепресант исключаю)
МОЖЕТ ЛИ ЭТО БЫТЬ вегетативным симптомом. СТАЛКИВАЛСЯ ЛИ КТО-НИБУДЬ с подобным.
Буду рада любому совету и рекомендации!
Это не мелочь и мешает качеству жизни. Как умыть лицо еси после мытья руки превращаются наждачную бумагу! И самое главное вижу плохую динамику. Все врачи просто отворачиваются.Я уже не знаю к каким светилам обращаться.
ПОМОГИТЕ!

На сервисе СпросиВрача доступна бесплатная консультация терапевта онлайн по любой волнующей Вас проблеме. Врачи-эксперты оказывают консультации круглосуточно. Задайте свой вопрос и получите ответ сразу же!

Источник

Капиллярные явления

Введение

В наш век высоких технологий все большее значение в жизни людей имеют естественные науки. Люди 21 века производят супер производительные компьютеры,смартфоны,все глубже и глубже изучают окружающий нас мир. Я думаю, что люди готовятся к новой научно технической революции, которая изменит наше будущее коренным образом. Но когда произойдут эти изменения никто не знает. Каждый человек своим трудом может приблизить этот день.

Эта научно-исследовательская работа – мой маленький вклад в развитие физики.

Данная научно-исследовательская работа посвящена актуальной на данный момент теме «Капиллярные явления». В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево). Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто впитывают их в себя. В данном проекте показана важность капилляров в жизни живых и неживых организмов.

Цель исследовательской работы: обосновать с точки зрения физики причину движения жидкости по капиллярам, выявить особенности капиллярных явлений.

Объект исследования: свойство жидкостей, всасываясь, подниматься или опускаться по капиллярам.

Предмет исследования: капиллярные явления в живой и неживой природе.

  1. Изучить теоретический материал о свойствах жидкости.
  2. Ознакомиться с материалом о капиллярных явлениях.
  3. Провести серию экспериментов с целью выяснения причины поднятия жидкости в капиллярах.
  4. Обобщить изученный в ходе работы материал и сформулировать вывод.

Прежде чем перейти к изучению капиллярных явлений, надо ознакомиться со свойствами жидкости, которые играют немалую роль в капиллярных явлениях.

Поверхностное натяжение

Сам термин «поверхностное натяжение» подразумевает, что вещество у поверхности находится в «натянутом», то есть напряжённом состоянии, которое объясняется действием силы, называемой внутренним давлением. Она стягивает молекулы внутрь жидкости в направлении, перпендикулярном её поверхности. Так, молекулы, находящиеся во внутренних слоях вещества, испытывают в среднем одинаковое по всем направлениям притяжение со стороны окружающих молекул; молекулы же поверхностного слоя подвергаются неодинаковому притяжению со стороны внутренних слоёв веществ и со стороны, граничащей с поверхностным слоем среды. Например, на поверхности раздела жидкость – воздух молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, сильнее притягиваются со стороны соседних молекул внутренних слоёв жидкости, чем со стороны молекул воздуха. Это и является причиной различия свойств поверхностного слоя жидкости от свойств её внутренних объёмов.

Читайте также:  Священный журавль пьет воду цигун

Внутреннее давление обуславливает втягивание молекул, расположенных на поверхности жидкости, внутрь и тем самым стремится уменьшить поверхность до минимальной при данных условиях. Сила, действующая на единицу длины границы раздела, обуславливающая сокращение поверхности жидкости, называется силой поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением σ .

Поверхностное натяжение различных жидкостей неодинаково, оно зависит от их мольного объёма, полярности молекул, способности молекул к образованию водородной связи между собой и др.

При увеличении температуры поверхностное натяжение уменьшается по линейному закону. На поверхностное натяжение жидкости оказывают влияние и находящиеся в ней примеси. Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными (ПАВ). По отношению к воде ПАВ являются нефтепродукты, спирты, эфир, мыло и др. жидкие и твёрдые вещества. Некоторые вещества увеличивают поверхностное натяжение. Примеси солей и сахара, например.

Объяснение этому даёт МКТ. Если силы притяжения между молекулами самой жидкости больше сил притяжения между молекулами ПАВ и жидкости, то молекулы жидкости уходят внутрь из поверхностного слоя, а молекулы ПАВ вытесняются на поверхность. Очевидно, что молекулы соли и сахара будут втянуты в жидкость, а молекулы воды вытеснены на поверхность. Таким образом, поверхностное натяжение – основное понятие физики и химии поверхностных явлений – представляет собой одну из наиболее важных характеристик и в практическом отношении. Следует отметить, что всякое серьёзное научное исследование в области физики гетерогенных систем требует измерения поверхностного натяжения. История экспериментальных методов определения поверхностного натяжения, насчитывающая более двух столетий, прошла путь от простых и грубых способов до прецизионных методик, позволяющих находить поверхностное натяжение с точностью до сотых долей процента. Интерес к этой проблеме особенно возрос в последние десятилетия в связи с выходом человека в космос, развитием промышленного строения, где капиллярные силы в различных устройствах часто играют определяющую роль.

Один из таких методов определения поверхностного натяжения основан на поднятии смачивающей жидкости между двумя стеклянными пластинками. Их следует опустить в сосуд с водой и постепенно сближать параллельно друг другу. Вода начнёт подниматься между пластинками – её будет втягивать сила поверхностного натяжения, о которой сказано выше. Легко рассчитать коэффициент поверхностного натяжения σ можно по высоте подъёма воды у и зазору между пластинками d.

Сила поверхностного натяжения F = 2 σ L, где L – длина пластинки (двойка появилась из-за того, что вода соприкасается с обеими пластинками). Эта сила удерживает слой воды массы m = ρ Ldу, где ρ – плотность воды. Таким образом, 2 σ L = ρ Ldуg. Отсюда можно найти коэффициент поверхностного натяжения σ = 1/2( ρ gdу). (1)Но интереснее сделать так: с одного конца сжать пластинки вместе, а с другого оставить небольшой зазор.

Вода поднимется и образует между пластинками удивительно правильную поверхность. Сечение этой поверхности вертикальной плоскостью – гипербола. Для доказательства достаточно в формулу (1) вместо d подставить новое выражение для зазора в данном месте. Из подобия соответствующих треугольников (см. рис. 2) d = D (x/L). Здесь D – зазор на конце, L – по-прежнему длина пластинки, а x – расстояние от места соприкосновения пластинок до места, где определяется зазор и высота уровня. Таким образом, σ = 1/2( ρ )D(x/L), или у = 2 σ L/ ρ gD(1/х). (2)Уравнение (2) действительно является уравнением гиперболы.

Смачивание и несмачивание

Для детального изучения капиллярных явлений следует рассмотреть и некоторые молекулярные явления, обнаруживающиеся на трёхфазной границе сосуществования твёрдой, жидкой, газообразной фаз, в частности рассматривается соприкосновение жидкости с твёрдым телом. Если силы сцепления между молекулами жидкости больше, чем между молекулами твёрдого тела, то жидкость стремится уменьшить границу (площадь) своего соприкосновения с твёрдым телом, по возможности отступая от него. Капля такой жидкости на горизонтальной поверхности твёрдого тела примет форму сплюснутого шара. В этом случае жидкость называется несмачивающей твёрдое тело. Угол θ , образованный поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности жидкости, называется краевым. Для несмачивающей θ > 90°. В этом случае твёрдая поверхность, несмачиваемая жидкостью называется гидрофобной, или олоефильной. Если же силы сцепления между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то жидкость стремится увеличить границу соприкосновения с твёрдым телом. В этом случае жидкость называется смачивающей твёрдое тело; краевой угол θ 90°. Поверхность же будет носить название гидрофильная. Случай, когда θ = 180°, называется полным несмачиванием. Однако это практически никогда не наблюдается, так как между молекулами жидкости и твёрдого тела всегда действуют силы притяжения. При θ = 0° наблюдается полное смачивание: жидкость растекается по всей поверхности твёрдого тела. Полное смачивание или полное несмачиваение являются крайними случаями. Между ними в зависимости от соотношения молекулярных сил промежуточное положение занимают переходные случаи неполного смачивания.

Смачиваемость и несмачиваемость – понятия относительные: жидкость,смачивающая одно твёрдое тело, может не смачивать другое тело. Например,вода смачивает стекло, но не смачивает парафин; ртуть не смачивает стекло, но смачивает медь.

Смачивание обычно трактуется как результат действия сил поверхностного натяжения. Пусть поверхностное натяжение на границе воздух – жидкость σ 1,2,на границе жидкость – твёрдое тело σ 1,3, на границе воздух – твёрдое тело σ 2,3.

На единицу длины периметра смачивания действуют три силы, численно равные σ 1,2, σ 2,3, σ 1,3, направленные по касательной к соответствующим границам раздела. В случае равновесия все силы должны уравновешивать друг друга. Силы σ 2,3 и σ 1,3 действуют в плоскости поверхности твёрдого тела, сила σ 1,2 направлена к поверхности под углом θ .

Условие равновесия межфазных поверхностей имеет следующий вид: σ 2,3 = σ 1,3 + σ 1,2cos θ или cos θ =( σ 2,3 − σ1 ,3)/ σ 1,2

Величину cos θ принято называть смачиванием и обозначать буквой В.

Определённое влияние на смачивание оказывает состояние поверхности. Смачиваемость резко меняется уже при наличии мономолекулярного слоя углеводородов. Последние же всегда присутствуют в атмосфере в достаточных количествах. Определённое влияние на смачивание оказывает и микрорельеф поверхности. Однако до настоящего времени пока не выявлена единая закономерность влияния шероховатости любой поверхности на смачивание её любой жидкостью. Например уравнение Венцеля-Дерягина cosθ = xcosθ0 связывает краевые углы жидкости на шероховатой ( θ ) и гладкой ( θ 0) поверхностях с отношением х площади истинной поверхности шероховатого тела к её проекции на плоскость. Однако на практике это уравнение не всегда соблюдается. Так, согласно этому уравнению в случае смачивания (θ 90 – к его увеличению (т.е. к большей гидрофобности). Исходя из этого и даются, как правило, сведения о влиянии шероховатости на смачивание.

Читайте также:  Имя для кота воителя связанное с водой

По мнению многих авторов, скорость растекания жидкости на шероховатой поверхности ниже вследствие того, что жидкость при растекании испытывает задерживающее влияние встречающихся бугорков (гребней) шероховатостей. Необходимо отметить, что именно скорость изменения диаметра пятна, образованного строго дозированной каплей жидкости, нанесённой на чистую поверхность материала, используется в качестве основной характеристики смачивания в капиллярах. Её величина зависит как от поверхностных явлений, так и от вязкости жидкости, её плотности, летучести.

Очевидно, что более вязкая жидкость с прочими одинаковыми свойствами дольше растекается по поверхности и следовательно медленнее протекает по капиллярному каналу.

Капиллярные явления

Капиллярные явления, совокупность явлений, обусловленных поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред (в системах жидкость — жидкость, жидкость — газ или пар) при наличии искривления поверхности. Частный случай поверхностных явлений.

Изучив подробно силы, лежащих в основе капиллярных явлений, стоит перейти непосредственно к капиллярам. Так, опытным путём можно пронаблюдать, что смачивающая жидкость (например, вода в стеклянной трубке) поднимается по капилляру. При этом, чем меньше радиус капилляра, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость. Жидкость, не смачивающая стенки капилляра (например, ртуть с стеклянной трубке), опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Так почему же смачивающая жидкость поднимается по капилляру, а несмачивающая опускается?

Не трудно заметить, что непосредственно у стенок сосуда поверхность жидкости несколько искривлена. Если молекулы жидкости, соприкасающиеся со стенкой сосуда, взаимодействуют с молекулами твёрдого тела сильнее, чем между собой, в этом случае жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения с твёрдым телом (смачивающая жидкость). При этом поверхность жидкости изгибается вниз и говорят, что она смачивает стенки сосуда, в котором находится. Если же молекулы жидкости взаимодействуют между собой сильнее, чем с молекулами стенок сосуда, то жидкость стремится сократить площадь соприкосновения с твёрдым телом, её поверхность искривляется вверх. В этом случае говорят о несмачивании жидкостью стенок сосуда.

В узких трубочках, диаметр которых составляет доли миллиметра, искривлённые края жидкости охватывают весь поверхностный слой, и вся поверхность жидкости в таких трубочках имеет вид, напоминающий полусферу. Это так называемый мениск. Он может быть вогнутым, что наблюдается в случае смачивания, и выпуклым при несмачивании. Радиус кривизны поверхности жидкости при этом того же порядка, что и радиус трубки. Явления смачивания и несмачивания в данном случае также характеризуется краевым углом θ между смоченной поверхностью капиллярной трубки и мениском в точках их соприкосновения.

Под вогнутым мениском смачивающей жидкости давление меньше, чем под плоской поверхностью. Поэтому жидкость в узкой трубке (капилляре) поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление поднятой в капилляре жидкости на уровне плоской поверхности не скомпенсирует разность давлений. Под выпуклым мениском несмачивающей жидкости давление больше, чем под плоской поверхностью, и это ведёт к опусканию несмачивающей жидкости.

Наличие сил поверхностного натяжения и кривизны поверхности жидкости в капиллярной трубочке ответственно за дополнительное давление под искривленной поверхностью, называемое давлением Лапласа: ∆p = ± 2 σ /R.

Знак капиллярного давления («плюс» или «минус») зависит от знака кривизны. Центр кривизны выпуклой поверхности находится внутри соответствующей фазы. Выпуклые поверхности имеют положительную кривизну, вогнутые – отрицательную.

Так, условие равновесия жидкости в капиллярной трубочке определяется равенством

где ρ – плотность жидкости, h – высота её поднятия в трубочке, p – атмосферное давление.

Из данного выражения следует, что h = 2 σ / ρ gR. (2)

Преобразуем полученную формулу, выразив радиус кривизны R мениска через радиус капиллярной трубочки r.

Из рис. 6.18 следует, что r = Rcos θ . Подставляя (1) в (2), получаем: h = 2 σ cos θ / ρ gr.

Полученная формула, определяющая высоту поднятия жидкости в капиллярной трубочке, носит название формулы Жюрена. Очевидно, что чем меньше радиус трубки, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость. Кроме того, высота поднятия растёт с увеличением коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Подъём смачивающей жидкости по капилляру можно объяснить и по-другому. Как было сказано ранее, под действием сил поверхностного натяжения поверхность жидкости стремится сократиться. Вследствие этого поверхность вогнутого мениска стремится выпрямиться и сделаться плоской. При этом она тянет за собой частицы жидкости, лежащие под ней, и жидкость поднимается по капилляру вверх. Но поверхность жидкости в узкой трубке плоской оставаться не может, она должна иметь форму вогнутого мениска. Как только в новом положении данная поверхность примет форму мениска, она снова будет стремиться сократиться и т.д. В результате действия этих причин смачивающая жидкость и поднимается по капилляру. Поднятие прекратится, когда сила тяжести Fтяж поднятого столба жидкости, которая тянет поверхность вниз, уравновесит равнодействующую силу F сил поверхностного натяжения, направленных касательно к каждой точке поверхности.

По окружности соприкосновения поверхности жидкости со стенкой капилляра действует сила поверхностного натяжения, равная произведению коэффициента поверхностного натяжения на длину окружности: 2 σπ r, где r – радиус капилляра.

Сила тяжести, действующая на поднятую жидкость,

где ρ – плотность жидкости; h – высота столба жидкости в капилляре; g – устроение силы тяжести.

Подъём жидкости прекращается, когда Fтяж = F или ρπ r^2hg = 2 σπ r. Отсюда высота поднятия жидкости в капилляре h = 2 σ / ρ gR.

В случае несмачивающей жидкости последняя, стремясь сократить свою поверхность, будет опускаться вниз, выталкивая жидкость из капилляра.

Выведенная формула применима и для несмачивающей жидкости. В этом случае h – высота опускания жидкости в капилляре.

Капиллярные явления в природе

Капиллярные явления также весьма распространены в природе и часто используются в практической деятельности человека. Дерево, бумага, кожа, кирпич и очень многие другие предметы, окружающие нас, имеют капилляры. За счет капилляров вода поднимается по стеблям растений и впитывается в полотенце, когда мы им вытираемся. Поднятие воды по мельчайшим отверстиям в куске сахара, забор крови из пальца – это тоже примеры капиллярных явлений.

Кровеносная система человека, начинаясь с весьма толстых сосудов, заканчивается очень разветвленной сетью тончайших капилляров. Могут вызвать интерес, например, такие данные. Площадь поперечного сечения аорты равна 8 см 2 . Диаметр же кровеносного капилляра может быть в 50 раз меньше диаметра человеческого волоса при длине 0,5 мм. В теле взрослого человека имеется порядка 160 млрд капилляров. Их общая длина доходит до 80 тыс. км.

По многочисленным капиллярам, имеющимся в почве, вода из глубинных слоев поднимается к поверхности и интенсивно испаряется. Чтобы замедлить процесс потери влаги, капилляры разрушают путем разрыхления почвы с помощью борон, культиваторов, рыхлителей.

Практическая часть

Возьмем стеклянную трубочку с очень маленьким внутренним диаметром (d

Источник

Adblock
detector