Капілярні явища. Формула Жюрена

У житті часто доводиться мати справу з тілами, пронизаним безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, грунт, дерево). Приходячи в зіткнення з водою або іншими рідинами, такі тіла дуже часто вбирають в себе рідину. На цьому заснована дія рушники, гніту в лампі, харчування рослин. Подібні явища можна також спостерігати в дуже вузьких скляних трубочках, які називаються капілярними (від латинського слова “капілля” – волосся).
Для капілярних судин характерна передусім кривизна поверхні рідини в них, тому в таких судинах повною мірою виявляються ефекти, зумовлені надлишковим тиском Лапласа. До числа таких ефектів відноситься капілярний підйом.

Знайдемо висоту підняття рідини в циліндричній капілярної трубочці радіуса r (рис. 6.17а). Нехай рідина змочує поверхню трубочки, внаслідок чого в останній утворюється симетричний увігнутий меніск з радіусами кривизни двох взаємно перпендикулярних перетинів. Відзначимо ще, що зміною тиску рідини при її піднятті на висоту близько r будемо нехтувати. У цьому наближенні тиск у всіх точках меніска можна вважати однаковим.
Під викривленою поверхнею увігнутого меніска тиск в рідині, як це було розглянуто вище, менше атмосферного тиску Р0 на величину тиску Лапласа (рис. 6.17б).
Під дією виниклої різниці тисків на рівні поверхні рідини в широкому посудині і безпосередньо під меніском в капілярної трубочці рідина починає підніматися по трубочці, і підніматиметься до тих пір, поки гідростатичний тиск піднявся стовпа рідини не буде дорівнює тиску Лапласа.

Якщо рідина не змочує капіляр, то в трубочці утворюється опуклий меніск, центр кривизни якого не поза, а всередині рідини. У цьому випадку додатковий тиск Лапласа направлено вниз. Рівень рідини в капілярної трубочці опускається нижче рівня рідини в широкій частині судини. Кажуть, що має місце негативний капілярний підйом (рис. 6.20). Відзначимо ще, що формула Жюрена може бути використана для експериментального визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини. Для цього потрібно виміряти радіус капілярної трубочки і висоту підняття в ній рідини.

ПОДІЛИТИСЯ: