Капиллярное давление. Течение жидкости в капиллярах

 

Еще в 17 веке было обнаружено, что при погружении в жидкость капилляра (узкой трубки) уровень жидкости, смачивающей стенки капилляра, выше, чем ее аналогичный уровень в широком сосуде. Причем уровень жидкости в капилляре тем выше, чем меньше радиус капилляра (h₂> h₁).

Рис.9.7. Капиллярной поднятие жидкости.	При смачивании (θ < 90°) образуется вогнутый мениск, жидкость в капилляре поднимается. Это явление называется капиллярным поднятием жидкости (рис.9.7). Жидкость поднимается тем выше, чем меньше радиус капилляра (h2> h1). Например, поднятие уровня воды в стеклянном капилляре.
Рис.9.8. Капиллярная депрессия жидкости.	Несмачивание (θ > 90°), образуется выпуклый мениск, уровень жидкости в капилляре опускается. Жидкость опускается тем ниже, чем меньше радиус капилляра (h2> h1). Это явление называется капиллярной депрессией жидкости (рис.9.8). Например, опускание уровня ртути в стеклянном капилляре.

 

Таким образом, существует однозначное соответствие между знаком кривизны капиллярного мениска, радиусом капилляра и высотой поднятия (опускания) уровня жидкости в капилляре.

В случае смачивания жидкостью стенок капилляра, поверхность жидкости имеет отрицательную кривизну, поэтому дополнительное давление Лапласа стремиться растянуть жидкость (давление направлено к центру кривизны) и поднимает ее в капилляре .

В случае несмачивания жидкостью стенок капилляра, кривизна поверхности жидкости будет положительной, дополнительное давление Лапласа будет направлено внутрь жидкости (жидкость будет сжиматься), в результате чего жидкость в капилляре опускается .

Высота капиллярного поднятия жидкости связана с радиусом капилляра уравнением Жюрена:

. (9.17)

где – поверхностное натяжение жидкости; – краевой угол смачивания; – плотность жидкости; g – ускорение свободного падания, равное 9, 81 м/с²; R – радиус капилляра.

Анализ уравнения Жюрена

1. Жидкость смачивает стенки капилляра: , , следовательно, h > 0, уровень жидкости в капилляре будет подниматься. Так как радиус капилляра R стоит в знаменателе, то чем меньше R, тем больше h – высота поднятия жидкости в капилляре.

2. Жидкость не смачивает стенки капилляра: , , следовательно, h < 0, уровень жидкости в капилляре будет опускаться. Чем меньше R, тем ниже опускается жидкость в капилляре.

 

Подстановка численных значений в уравнение (9.17) показывает, что высота поднятия, возрастающая обратно пропорционально радиусу капилляра, достигает для тонких капилляров огромных величин.

 

R	1 мм	1мкм	0, 1 мкм	1 нм
h	1, 5 см	15 м	150 м	15 км

 

Капиллярное поднятие грунтовых вод в почвах обеспечивает существование растительного покрова на Земле. С целью разрушения капилляров и пересыхания почвы применяют боронование.

Адсорбция

Основные понятия и определения

Как было показано, поверхностная энергия стремится самопроизвольно уменьшиться. Это выражается в уменьшении межфазной поверхности или поверхностного натяжения.

К явлениям, происходящим вследствие стремления к самопроизвольному снижению поверхностного натяжения, относится адсорбция.

Адсорбция – процесссамопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой.

В однокомпонентных системах при формировании поверхностного слоя происходит изменение его структуры (сгущение, уплотнение), которые часто называют автоадсорбцией. В многокомпонентных системах при перераспределении компонентов в поверхностный слой предпочтительнее переходит тот компонент, который сильнее уменьшает межфазное (поверхностное) натяжение.

Если поглощаемое вещество диффундирует вглубь поглотителя и распределяется по всему объему, такое явление называют абсорбцией (поглощение объемом).

Адсорбент (поглотитель) – вещество, на поверхности которого идет адсорбция.

Адсорбат – вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента (перераспределяется на границе раздела фаз).

Адсорбтив – вещество, находящееся в объемной фазе, способное адсорбироваться, но еще не сорбировалось.

«гость/хозяин» адсорбат/адсорбент

С термодинамической точки зрения адсорбция – самопроизвольный процесс выравнивания химических потенциалов в объеме системы и межфазном (поверхностном) слое. Этот процесс происходит вследствие стремления к минимуму поверхностной энергии или энергии Гиббса системы.

 

Классификации адсорбции

 

1. Классификация по природе границы раздела

По природе границы раздела различают адсорбцию на границе:

а) твердое тело – газ;

б) жидкость – газ;

в) твердое тело – жидкость (адсорбция из растворов).

Предыдущая15161718192021222324252627282930Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. В течение десяти дней со дня получения приказа должник имеет право представить свои возражения относительно его исполнения.
2. Выбор вида промывочной жидкости.
3. ГЛАВА 46. РОМАНТИЧЕСКОЕ ТЕЧЕНИЕ В КУЛЬТУРЕ
4. Движение вязкой жидкости. Силы вязкого трения. Коэффициэнт вязкости. Течение вязкой жидкости по трубе. Формула Пуазейля.
5. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости. Основное уравнение гидростатики.
6. Живот округлой формы, симметричный, брюшная стенка участвует в акте дыхания. Скопление жидкости и газов не определяется.
7. Закон Архимеда. Условия устойчивого плавания тел на поверхности и внутри жидкости. Воздухоплавание.
8. И не наблюдавшихся в течение последнего года жизни
9. Инфекционно-аллергическое заболевание с преимущественным поражением сердца и сосудов, волнообразным течением, периодами обострения (атаки) и ремиссии (затихания).
10. Истечение газов через суживающиеся сопла.
11. Кровотечение в последовом и раннем послеродовом периоде