Kapillaritás a fizika hallgatói szótár tanulási segítőiben
A folyadékok emelkedését keskeny csövekben (kapillárisokban) vagy üregekben kapillaritásnak nevezik. Azonnal megfigyelheti őket, például, ha teában vagy kávéban egy sarok cukrot tart.
A kapillaritásra a következők vonatkoznak: minél keskenyebb egy cső vagy üreg, annál magasabbra emelkedik például a víz. A kapillaritás oka a molekuláris erők és a folyadék ebből eredő felületi feszültsége.
Vannak olyan folyadékok is, amelyekben ellentétes hatás lép fel, vagyis a folyadék nem keskeny csőben emelkedik, hanem inkább leesik.
Gravitációs nyomás és érintkezési nyomás
# Kontaktnyomás # nagy nyomás # pascal # medve # légkör # légnyomás # sűrűség
Az a tény, hogy egy darab cukor felszívódik a teával, még akkor is, ha csak egy kis darab cukrot tart a teában, a kapillaritás eredménye. Bizonyos ruhák szívóhatását vagy a víz felemelkedését a talajban szintén a kapillaritás okozza
A ház nedves falai akkor keletkeznek, amikor a nedves földben lévő alapfalak nincsenek megfelelően szigetelve. Ezután a víz fokozatosan emelkedhet fel a téglák pórusain keresztül, és nedves falakhoz vezethet. Az egyetlen dolog, ami segít, az alapfalak szigetelése vízzáró rétegekkel.
Ha színes vizet helyezünk egy csatlakoztatott csövekkel ellátott edénybe, amelyek keresztmetszete nagyon eltérő, akkor világossá válik, hogy minél kisebb a cső sugara, annál magasabb a víz.
A kapilláris emelkedés levezetése h
Az 1. ábrán bemutatott kísérlet azt mutatja, hogy a kapilláris h emelkedése egy kapillárisban r sugarától függ. Most azt kell levezetni, hogy hogyan lehet kiszámítani.
A vízszint felett álló csőben (2. ábra) lévő víz súlyereje:
F G = m Fl ⋅ g m Fl felülúszó folyadék tömege g gravitációs gyorsulás (térbeli tényező)
A felülúszó folyadék tömege térfogatának és sűrűségének szorzatával helyettesíthető. Ezután a következők érvényesek:
A szóban forgó kapilláris darab térfogata kiszámítható úgy, mint egy hengeré. A beillesztéssel a következő:
Itt h a szükséges emelkedési magasság. A folyadékoszlop nyugalomban van, vagyis egyensúlyban van az erők. A súlyerőt ellensúlyozó erő a felületi feszültségből fakadó F erő. Erre az alábbiak vonatkoznak:
F = 2 π ⋅ σ ⋅ r σ felületi feszültség r a kapilláris sugara
Most egyenlővé tehetjük a két erőt:
F = F G 2 π ⋅ σ ⋅ r = π ⋅ r 2 ⋅ h ⋅ ρ ⋅ g
A h emelkedés magassága szerinti rövidítés és feloldás a keresett kapcsolathoz vezet
h = 2 σ ρ ⋅ g ⋅ r σ folyadék felületi feszültsége ρ sűrűsége g helyfaktor r kapilláris sugara
Egy bizonyos anyag esetében az emelkedés magassága csak a cső sugarától függ.
Meg kell jegyezni, hogy ez a kapcsolat csak a teljesen nedvesítő folyadékra vonatkozik. A nedvesítő folyadék magasabb az élén, mint egy edény közepén. Lencsés cseppet képez sík felületen. Ez vonatkozik például a vízre.
A nem nedvesítő folyadék viszont alacsonyabban van az edény szélén, mint a közepén. Kis gömböket képez sík felületen. Ilyen nem nedvesítő folyadék például a higany. Az ilyen nem nedvesítő folyadékok esetében a következő hatás lép fel: Egy kapillárisban a folyadék nem emelkedik felfelé, hanem inkább lefelé süllyed. Ez könnyen kimutatható a higany példájával.
Példa a vízre
A víz kapilláris emelkedését 1 mm sugarú cső esetén kell kiszámítani. A víz sűrűsége 1 g cm 3 = 1000 kg m 3, a felületi feszültség pedig 0,07 N m .
Ekkor a következő vonatkozik az emelkedés magasságára: h = 2 σ ρ ⋅ g ⋅ r A számértékek beillesztésével a következőket kapjuk: h = 2 ⋅ 0,07 N ⋅ m -1 1 mm ⋅ 1000 kg ⋅ m -3 ⋅ 9,81 m ⋅ s 2 h ≈ 14,3 mm
Az adott körülmények között a víz körülbelül 14 mm magas lenne.