ДАВЛЕНИЕ ПОД ИСКРИВЛЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЖИДКОСТИ.

Если поверхность жидкости искривленная, то она оказывает на жидкость дополнительное давление. Это давление, обусловленное силами поверхностного натяжения, для выпуклой поверхности положительно, а для вогнутой - отрицательно. Величина давления определяется двумя параметрами, поверхностным натяжением и кривизной поверхности: Dp = F/S =2s/R. (17.14.)

Если поверхность жидкости вогнутая, то результирующая сила поверхностного натяжения направлена из жидкости: Dp = - 2s/R. (17.15.)

Следовательно, давление внутри жидкости под вогнутой поверхностью меньше. Если произвольная поверхность жидкости имеет двоякую кривизну, то: Dр = s(1/R₁ + 1/R₂), (17.16.)

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных нормальных сечений поверхности жидкости. ( Формула Лапласа).

Рис. 115. Сечение сферической капли жидкости.

Лаплас доказал, что формула справедлива для поверхности любой формы, если под H понимать среднюю кривизну поверхности в это точке, под которой определяется дополнительное давление.

В случае плоской поверхности (R₁=R₂=¥ ) силы поверхностного натяжения избыточного давления не создают.

Рис. 116.

КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

Если поместить узкую трубку (капилляр) одним концом в жидкость, налитую в широ­кий сосуд, то вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра кривизна поверхности жидкости в капилляре становится значительной. Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри ее поверхность жидкости — мениск — имеет вогнутую форму, если не смачивает — выпуклую (рис. ).

Под вогнутой поверхностью жидкости появится отрицательное избыточное давле­ние, определяемое по формуле. Наличие этого давления приводит к тому, что жидкость в капилляре поднимается, таккак под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет. Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то положительное избыточное давление приведет к опусканию жидкости в капилляре. Явление изменения высоты уровня жидкости в капиллярах называется капиллярностью.

Рис.117.

В узких трубках и щелях из-за смачиваемости (несмачиваемости) стенок жидкостью возникает искривление поверхности жидкости – мениск, а сами трубки называются капиллярами. Из-за лапласова давления жидкость в капилляре поднимается (при смачиваемости) или опускается (при несмачиваемости) стенок. Форма которую принимает свободная поверхность жидкости, зависит от сил поверхностного натяжения, от взаимодействия с ограничивающими поверхность твёрдыми стенками, а так же от силы земного тяготения, действующей на жидкость. Особыми оказываются условия равновесия на линии разреза жидкость - газ - твёрдая стенка в тонких плёнках и в узких сосудах – капиллярах.

Жидкости, которые хорошо смачивают твердое тело, называются гидрофильными, плохо смачиваемые - гидрофобными. Сила поверхностного натяжения на разделе твердое - жидкость равна F=F₀cosά, где F₀ - cила поверхностного натяжения на свободной поверхности жидкости.

Высота подъема жидкости в капилляре равна. h = 4(σ cosά )/γ d. (17.17.)

В тонких капиллярах жидкость поднимается достаточно высоко. Так, при полном смачивании (q=0) вода (r =1000 кг/м³, s = 0, 073 Н/м) в ка­пилляре диаметром 10 мкм поднимается на высоту h »3 м.

Рис.118.

Движение жидкости по капиллярам и узким щелям имеет существенное значение в неживой и живой природе, а также в технических процессах. Капиллярные эффекты, широко известные в технике и быту, в основном обусловлены тем, что благодаря действию сил поверхностного натяжения давление в нутрии жидкости может отличаться на некоторую величину ∆ p от внешнего давления p газа или пара над поверхностью жидкости.

Если жидкость смачивает стенки капилляра, то под вогнутой поверхностью имеется избыточное давление Dp. Это давление приводит к тому, что жидкость в капилляре поднимаетсянад плоской поверхностью жидкости в широком сосуде, где избыточного давления нет. Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то положительное избыточное давление приводит к опусканию жидкости в капилляре. Жидкость в капилляре поднимается на такую высоту h, при которой давление столба жидкости (гидростатическое давление rgh ) уравновешивается избыточным давлением Dр, 2s/R = rgh, (17.18.)

где r - плотность жидкости, g -ускорение свободного падения. h =2σ /ρ gh.(17.19)

Но радиус кривизны жидкости R связан с радиусом капилляра r:

R = r/cos ά r: (17.20.)

где ά - угол края, т.е. высота подъёма в капилляре равна h = 2σ cos ά /R; (17.21.)

- формула Жюрена.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. B. Падение АД наступает позже, но труднее поддается коррекции
2. Complex Subject Сложное подлежащее
3. I WORK UNDER MANY DIFFICULTIES (я работаю в трудных условиях: «под многими сложностями»)
4. I. Господин Нуартье де Вильфор
5. I. Перепишите следующие предложения. Определите, является ли подчеркнутая форма инфинитивом, причастием или герундием. Переведите письменно предложения на русский язык.
6. II. Девиантологический или релятивно-конвенциональный подход (Я.И. Гилинский)
7. III. Перепишите и переведите следующие предложения, подчеркните в каждом из них модальный глагол или его эквивалент.
8. III. Перепишите следующие предложения, подчеркните в каждом из них модальный глагол или его эквивалент. Переведите предложения.
9. III. По изменению генетического материала мутации подразделяют на следующие: генные, хромосомные перестройки, геномные.
10. III. Поддержание адекватного сердечного выброса, баланса электролитов
11. IV. Как узнать волю Господню.
12. IV. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ КОНКУРСА