Капилярни явления в малки епруветки с диаметър - почвознание
Омокрящите явление, както вече бе споменато, причинена от кривината на повърхността на течността в стените на съда, в който се излива. Ако плавателният съд има достатъчно голям диаметър, основната, централната част на повърхността на водата в съда остава плосък, и само извит ръб на него. Ако диаметърът на съда е толкова малка, че е съизмерим с радиуса на кривината на извит ръб на повърхността на стената на водата, тези извити ръбове се сливат и образуват менискус - вдлъбната с добро мокрене (# 952; ≤90 °) и изпъкнала с лоша омокрящо (# 952; ≥90 °). Тъй като радиусът на кривината обикновено е много малка, може да настъпи образуване на менискус в тръбите или слотовете с много малък диаметър. Практически горната граница от диаметъра на тръбите, в които се наблюдават образуването менискусен, измерена няколко милиметра. Колкото по-малък диаметър на тръбата, толкова по-голяма кривина на менискус т. Е. малък радиус на кривината.
Радиусът на кривината на менискуса и радиуса на тръбата са в следните отношения. Радиусът на кривината на OB менискус "се означава с R, през центъра на кривината О, през радиус R тръба на. Line AB '- допирателна към повърхността на менискус в точка В', и следователно, ъгълът 0 е ъгълът на омокряне (Фигура 10). Фигурата показва, че ъгълът SV'O също равна на 0, така че
В случай на пълно омокряне # 952 = 0 и R = R. Както е известно, кривината на повърхността води до промяна в размера на налягането на повърхността, това намаляване на образуването на вдлъбнат менискус, и увеличаване на образуването на изпъкнал.
Намаляването на налягането повърхност под вдлъбнат менискус има ефекта на повишаване на водата в тънки тръби, с единия край спуска в голям съд с вода. Това повдигане се нарича капилярна. Неговият механизъм е следният. Ние спад в контейнер с вода стъклен капилярен (фиг. 11). Диаметърът на кораба е толкова голяма, че на повърхността на водата в него е напълно плосък. При влизане в капилярната стена, които са добре намокрена, водата образува вдлъбната менискус него. Както вече знаете, налягането на повърхността по тази менискус е по-малък от нормалното. Ако R - радиус на капилярите, а R - радиус на кривината на менискуса, на
Да приемем, че капиляра има цилиндрична форма и менискус същата кривина във всички посоки. Въз основа на Лаплас формула са:
където Р1 - налягане повърхност в тесен капилярна.
Тази разлика е "отрицателно налягане", която е създадена от образуването на менискуса. Излишният налягане повърхност на съда (P0) на капилярното налягане (Р1) «притиска" вода в капиляра. Повишаването на вода ще се случи, докато хидростатичното налягане в колоната капилярна образува вода балансира разликата повърхност налягане под плоска повърхност на вода във външния съд и за менискуса в капиляра. Обозначаващ височината на колоната чрез Н, плътността на водата чрез г, хидростатичното налягане на колоната чрез Q и ускоряване на тежестта чрез г, ние откриваме, че Q-HDG дини / cm2.
Очевидно е, че
Ако пълно омокряне и плътност вода равно на единство,
Следователно, височината на нарастване на вода в капилярната тръба е обратно пропорционален на радиуса на капилярна (закона Zhyurena), както виждаме на фиг. 11, където височината на покачване на водата в тесен капилярна е много по-голяма, отколкото в по-широк.
Заместването само числени стойности грама и формулата, получена # 945; (G = 981 cm km / s2 и # 945 = 74 дина / см), имаме:
какво ще се получи формулата Zhyurena:
където Н - височината на капилярна покачване, виж
R - радиусът на капиляра, виж
г - диаметър на капилярната тръбичка, cm.
За да обобщим казаното за капилярна движение на вода, включително капилярна покачване, което ще се срещне в бъдеще, ние виждаме, че капилярната движение на вода и капилярна равновесни състояния се дължат на явлението повърхност налягане, количеството на които варира в зависимост от формата на повърхността вода. Форма повърхността на водата се определя от омокряемостта на твърдото тяло и диаметъра на капилярите.
Нека разгледаме някои специални случаи на капилярните явления.
Представете изолиран цилиндрична капилярна, в които може постепенно да влезе във водата от върха, и образуването на въздушни мехурчета е възможно. В някои първоначално време в капилярна колона с вода образува малка височина (фиг. 12а). Да се проучат условията на равновесие на колоната. Това ще бъде под действието на три сили: на силата на гравитацията, насочена надолу, Р1 налягане на горната повърхност на менискуса е насочено надолу, и Р2 повърхност налягане по-ниско менискус нагоре. Нека височината на колоната чрез ч (cm), плътността на водата чрез г и радиусът на капиляра чрез R (в см). Тегло колона ще се равнява на
и р е налягането, упражнявано от тежестта на 1 cm2:
или Q - хоризонталната група за наркотиците дини / cm2, където G - земно ускорение cm km / s2.
Състоянието на равновесие изисква
Съгласно уравнението на Лаплас ако капиляра има цилиндрична форма,
и където R2 - радиус на кривината на горната и долната Menisci.
Чрез въвеждане тези изрази в предишното уравнение, получаваме:
По този начин, ние се установи, че това състояние на равновесие на колоната с вода, тъй като той се суспендират в капилярата е неравномерно кривина на горните и долните Menisci. Очевидно е, че горната част на менискуса трябва да имат по-голяма кривина, а на дъното - по-ниска. Получената разликата между налягането на повърхността насочени от дъното нагоре, е да балансира силата на гравитацията, насочена надолу.
Ако продължим да влезе във водата в нашето капилярен увеличаване височината на водния стълб стойност ч HDG в уравнението също ще се увеличи. равновесните условия изискват и увеличение от такава величина, която се намира от дясната страна на уравнението:
Тя е постоянна величина; стойност R1 (радиус на кривината горната менискус) също са постоянна и равна на:
където # 952; - контактен ъгъл. Следователно, от дясната страна на уравнение може да се увеличи само чрез намаляване на размера на 1 / R2, и следователно, да се увеличи R. стойност
С други думи, кривината на долните менискус с увеличаване на височината на водния стълб ще бъде намалено, при което повърхността ще се увеличи налягането при постоянна повърхност налягане от горната част на менискус. В крайна сметка ще дойде време, посочено на фиг. 12 писмо, в което по-ниските менискуса ще станат плоски. В този момент, е очевидно,
Лесно е да се разбере, че височината на колоната в капилярната тръба, като същевременно равна на височината на капилярна покачване когато потопена край на капилярната тръбичка със същия радиус в съд с плоска повърхност с вода.
По-нататъшно увеличение на височина Н на дъното на колоната вземат менискус има изпъкнала форма и стойност R2 ще станат достъпни по силата на положителни условия. Уравнението е следното:
като на фиг. 12 съответства на г и д. Кривината на дъното на менискуса се повишава до до образуване на края на спад на капилярна не влезе и да падне. Тази точка ще съответства на максималната стойност на височината на колоната.
Друг специален случай на капилярните явления, с които трябва да отговарят, показани схематично на фиг. 13. В този случай точката на контакт между две частици (на фигурата са показани сферичен), оформен изолиран клъстер на вода задържа от капилярните сили. Страничната повърхност на тази група има двойна кривина, която се измерва от радиусите R1 и R2. Кривината, характеризиращ се с радиус R1, е изпъкнала, т.е. положителен и радиус r2 кривина измерва -.... вдлъбнати, т.е. отрицателен. Всички кривината на тази повърхност се измерва по този начин стойност 1 / r1-1 / R2, и налягането на повърхността на тази повърхност на уравнението на Лаплас е:
Опитът и изчисления показват, че R2 е винаги по-малко от R1. Следователно, количеството в скоби, винаги отрицателни, а налягането на повърхността е следователно по-ниско от нормалното. Такова натрупване на вода е устойчиво на определен размер, след която налягането на водата превишава нормалната разликата между налягането на повърхността и съществуващата в тази група налягане и излишъкът от вода се източва далеч.
Такава отделна задържане на вода нарича натрупване челно, тъй като се образува при свързването на двете частици.