Глава 2. Изучение капиллярных явлений жидкостей

В школе

 

Вызывание интереса у учащихся — это опыт, который, казалось бы, противоречит их предыдущим знаниям: если взять сообщающиеся сосуды, один из которых капиллярный, то жидкость в них устанавливается на различных уровнях. Смачивающая жидкость в капилляре поднимается выше уровня в широком сосуде, а не смачивающая опускается ниже уровня в широком сосуде.

Объяснение этому явления проще всего ведется, исходя из условия равновесия столба жидкости, поднятого в капиллярной трубке над уровнем в широком сосуде.

В средних школах только такие случаи и целесообразно рассматривать.

Изложение капиллярных явлений наиболее целесообразно дать в такой последовательности:

Ø форма поверхности смачивающей и не смачивающей жидкости в капилляре;

Ø зависимость давления в жидкости от формы ее поверхности;

Ø подъем жидкостей в капиллярных трубках;

Ø практические применения капиллярных явлений.

Применяя полученные ранее учащимся знания, устанавливают, что поверхность смачивающей жидкости у стенок сосуда вогнутая, причем в капилляре ее можно принять за полусферу. Не смачивающая жидкость образует в узком сосуде выпуклый мениск.

Наиболее сложен вопрос о равновесии кривых поверхностей жидкости, т.е. вопрос о давлении, связанном с кривизной поверхности жидкости. К этому вопросу следует подойти от эксперимента, показав на ряде опытов, что давление внутри жидкости, ограниченной выпуклой поверхностью, больше, а в случае вогнутого мениска жидкости меньше, чем в случае плоской поверхности.

Установив на опытах, что давление под кривыми поверхностями жидкости отличается от давления под плоской поверхностью и что оно зависит от радиуса кривизны, нужно перейти к количественным соотношениям и сообщить учащимся, что разность давлений для шаровых поверхностей

,                                           (18)

где р – давление под кривой поверхностью жидкости, а р₀ – давление под плоской поверхностью (равное внешнему давлению).

Разность давлений р – р₀ часто называют капиллярным давлением (р_к).

Как показывает формула, капиллярное давление пропорционально поверхностному натяжению жидкости и обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности.

Формула капиллярного давления позволяет вычислить высоту, на которую поднимается смачивающая или опускается несмачивающая жидкость в капилляре над ее уровнем в широком сосуде. Смачивающая жидкость в капиллярной трубке поднимается потому, что давление под плоской поверхностью в широком сосуде больше, чем под вогнутой поверхностью в капилляре, на величину .

Равновесия жидкости наступает тогда, когда поднятый столб жидкости своим весовым давлением  уравновесит капиллярное давление:

,                                     (19)

откуда

.                                       (20)

В этой формуле r – радиус кривизны поверхности, равный радиусу капилляра для случая полусферического мениска.

Следует обратить внимание учащихся на то, что капиллярные явления весьма распространены. Очень многие окружающие нас тела: дерево, бумага, ткань, кожа, различные строительные материалы – имеют в себе множество мелких каналов. Вода или другие смачивающие их жидкости, придя в соприкосновение с такими телами, впитываются ими, поднимаясь по капиллярам.

Так, чернила поднимаются по промокательной бумаге, керосин – по фитилю, вода – по стеблям растений и по промежуткам между частицами почвы и т.д.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: