Riigireetmine

Määratlege kapillaarnähtused. Kapillaarnähtused (füüsika)

Tunni eesmärgid:

looduse olulisemate nähtuste ja omaduste uurimine - märgumine, mittemärgumine, kapillaarnähtused.

Tunni eesmärgid:

Hariduslik: süvenemine märgumise ja mittemärgumise nähtustesse, samuti vedelike kapillaarsusse, et õppida nende rakendusala;

Arendav: arendada õpilastes loovat mõtlemist ja kõnet;

Võtmesõnad:

Niisutamine on pinnanähtus, mis seisneb tahke aine (teise vedeliku) pinna vastasmõjus vedelikuga.

Kontaktnurk (näitab märgumisastet)- see on nurk, mille moodustavad puutujate tasapinnad liidese pindadele, mis piiravad niisutavat vedelikku, samas kui nurga tipp asub kolme faasi eraldusjoonel.

Videol on näha vedeliku kapillaarvool

Pinna kõverus toob kaasa täiendava kapillaarrõhu ilmnemise vedelikus Dp, mille väärtus on seotud pinna keskmise kõverusega r Laplace'i võrrandiga: Dp = p1 – p2 = 2s12/r, kus (s12 on pindpinevus kahe keskkonna piiril; p1 ja p2 on rõhk vedelikus 1 ja keskkonnas 2, mis sellega kokku puutub.

Kasutusvaldkonnad Niisumisega saab seletada pesuvahendite kasutamist, seda, miks õli või rasvaga kaetud käsi on kergem bensiiniga maha pesta kui veega, aga ka seda, miks haned veest kuivana välja tulevad jne. Kapillaarnähtuste seletus leiab aset vee liikumine taimedes ja kapillaarides. Ja ka mulla harimisel. Näiteks: niiskuse säilitamine kobestades jne, kapillaaride hävitamine. Ja ka kapillaarnähtus võib seletada elektrilisi ja tuumanähtusi, võimaldab tuvastada 1 mikronise avaga pragusid, mida palja silmaga ei näe.

Järeldused.

Me elame kõige hämmastavate loodusnähtuste maailmas. Neid on palju. Me kohtame neid iga päev, olemusele mõtlemata. Kuid inimene kui intelligentne nähtus peab mõistma nende nähtuste olemust. Sellised nähtused nagu märgumine ja mittemärgumine, kapillaarnähtus on tehnikas ja looduses väga levinud. Need on asendamatud igapäevaelus ning teaduslike ja tehniliste probleemide lahendamisel. Need teadmised annavad meile vastused paljudele küsimustele. Näiteks miks tilk ilmub vabalennul või miks planeedid ja tähed on sfäärilise kujuga; mõned tahked kehad on vedelikuga hästi niisutatud, teised aga mitte. Miks võivad kapillaarnähtused imada taimejuurte mullast toitaineid, niiskust või miks loomorganismide vereringe põhineb kapillaarnähtustel jne.

Juhtplokk:

1.Mis on kapillaar?

2.Kuidas märgamist ja mittemärgamist ära tunda?

3.Tooge näide niisutamisest.

4.Mis on kapillaarnähtus?

5.Tooge näide mittemärgumisest.

Kodutöö.

Roboti edenemine

1. Asetage vee- ja õlitilgad klaas-, alumiinium-, vask-, parafiinplaatidele.

2. Visanda tilkade kujundid.

3.Vaadake tilka ja tehke järeldused tahke aine ja vedeliku molekulide vaheliste suhete kohta.

4. Sisestage need tulemused tabelisse.

5. Lisage süstla abil vee ja sparta segule veidi oliiviõli.

6. Viige traat läbi õlipalli keskosa ja pöörake seda.

7. Pange tähele, kuidas tilga kuju muutub.

8.Tehke järeldused vedeliku pinna kuju kohta.

Pinnal olev veekile toetab paljusid organisme liikumisel. Seda täheldatakse väikestel putukatel ja ämblikulaadsetel. Meile kõige tuntumad on vesistriderid, kes toetuvad veepinnale ainult laialt paiknevate jalgade otsasegmentidega. Jalg, mis on kaetud vahakattega, ei ole veest märjaks. Jala survel pindmine veekiht paindub ja tekivad väikesed lohud. (Joonis 6) Veelindude suled ja udusuled on alati rikkalikult määritud spetsiaalsete näärmete rasvase eritisega. See seletab nende veekindlust. Paks õhukiht, mis asub pardi sulgede vahel ja mida vesi sealt välja ei tõrju, ei kaitse parti mitte ainult soojakadude eest, vaid suurendab oluliselt ka tema ujuvusvaru.

Kas olete kindel, et saate aru, kuidas tavaline rätik töötab? Või miks liim pindu kokku kleebib? Või miks küünal põleb? Miks on seebiga käsi pesta palju tõhusam kui ilma seebita? Kõigile neile küsimustele saad vastused selles õppetükis. Sest kõik need on ühel või teisel viisil seotud pindade märgumise ja kapillaarnähtustega.

2. Teades vee pindpinevuste koefitsienti ja selle tihedust, määrake tavalise meditsiinilise pipeti läbimõõt lähtudes ilma kummikorgita pipetist tõusva veesamba kõrgusest.

3. Mõelge järgmistele küsimustele ja nende vastustele.

Küsimuste ja vastuste loend

küsimus: Kuidas sõltub kapillaarefekt toru pikkusest?

Vastus: Kapillaarefekt ei sõltu kuidagi toru pikkusest. Vaadake torus oleva vedeliku kõrguse määramise valemit. See valem ei sisalda toru pikkust.

küsimus: Kuidas erineb märgamisprotsess Maal ja kosmoselaevas?

Vastus: Mitte midagi, kuna märgumisprotsess toimub vedelate molekulide vastastikuse mõju tõttu ja need ei sõltu massi olemasolust või puudumisest.

küsimus: Kuidas muidu saab kapillaarnähtusi eksperimentaalselt jälgida?

Vastus: Võtke kingapael ja asetage selle üks ots veeklaasi. Mõne aja pärast tõuseb vesi läbi pitsi õhukeste kiudude ja kogu pits on märg.

küsimus: Miks me ei saa teha "igavese liikumismasinat", mis töötaks kapillaarefekti kallal?

Vastus: Tõepoolest, tundub, et kapillaarefekti kasutades on võimalik ehitada igiliikur, kui võtta toru, mille kõrgus on väiksem kui vedelikusamba kõrgus. Kuid toru peal olev tilk ei voola sellest alla, kuna seda hoiavad kinni samad pindpinevusjõud, mis selle tõstsid. Seetõttu selline "igiliikur" ei tööta.

küsimus: Kuidas käitub tilk muutuva paksusega kapillaaris?

Vastus: Kui vedelik kapillaari märjaks teeb, liigub see kapillaari paksuse vähenemise suunas, aga kui vedelik kapillaari ei niisuta, siis kapillaari paksuse suurenemise suunas. (Täpsemat põhjendust vt I.M. Gelfgat, L.E. Gendenshtein, L.A. Kirik. 1001 füüsikaülesannet koos juhiste ja lahendustega, ülesanne 10.40)

KAPILLAARNÄHTUSED

Phys. pindpinevusest põhjustatud nähtused segunematute ainete vahelisel liidesel. K. I-le. Tavaliselt viitavad need nähtustele vedelas keskkonnas, mis on põhjustatud nende pinna kõverusest, mis külgneb teise vedeliku, gaasi või selle enda auruga.

Pinna kumerus toob kaasa lisandite ilmumise vedelikus. kapillaarrõhk Ap, mille väärtus on seotud keskm. Laplace'i võrrandi pinna kõverus r:

Vedeliku liikumise kapillaarides võib põhjustada lagunemisel tekkiv kapillaarrõhu erinevus. vedeliku pinna kõverus. Vedeliku vool on suunatud madalama rõhu suunas: vedelike niisutamiseks - väiksema kõverusraadiusega meniski suunas (joon. 2, a).

Vähendati vastavalt Kelvini võrrandile nähtuse märgamismeniskide kohal olevat aururõhku. vedelike kapillaaride kondenseerumise põhjus õhukestes poorides.

Negatiivne kapillaarrõhk mõjutab vedelikku piiravaid seinu kokkutõmbavalt (joonis 2, b).

Riis. 2. a - vedelikud kapillaaris kapillaarrõhu erinevuse (r1>r2) mõjul; b - kapillaarrõhu kokkutõmbav toime (näiteks elastsete seintega kapillaaris).

See võib kaasa tuua. suure hajutusega süsteemide ja poorsete kehade mahuline deformatsioon - kapillaaride kokkutõmbumine. Näiteks kuivatamise ajal tekkiv kapillaarrõhu tõus põhjustab järgmist: materjalide kokkutõmbumine.

Paljud hajutatud süsteemide omadused (läbilaskvus, tugevus, vedeliku neeldumine) tähendavad. on suuresti tingitud kapillaarenergiast, kuna nende kehade õhukestes poorides tekib kõrge kapillaarrõhk.

K. I. esmakordselt avastasid ja uurisid Leonardo da Vinci (1561), B. Pascal (17. sajand) ja J. Jurin (Djurin, 18. sajand), tehes katseid kapillaartorudega. K. I teooria. välja töötatud P. Laplace'i (1806), T. Youngi (Young, 1805), J. W. Gibbsi (1875) ja I. S. Gromeka (1879, 1886) töödes.

Füüsiline entsüklopeediline sõnastik. - M.: Nõukogude entsüklopeedia. . 1983 .

KAPILLAARNÄHTUSED

- nähtuste kogum, mis on põhjustatud liidese pindpinevusest segunematute ainete vahelisel liidesel; K. I-le. Tavaliselt viitavad need nähtustele vedelikes, mis on põhjustatud nende pinna kumerusest, mis külgneb mõne teise vedeliku, gaasi või endaga. parvlaev. K. I. on pinnanähtuste erijuht. gravitatsiooni. Nii tekivad näiteks vedeliku gaasis (või vedelikus gaasi) purustamisel sfäärilised tilgad (mullid). vormid. Suurel hulgal tilku või mullikesi (emulsioonid, vedelad aerosoolid, vahud) sisaldavate süsteemide omadused ja nende moodustumise tingimused on suures osas määratud nende moodustiste pinna kumerusega ehk kumerusega. Suur roll K. I. Nad mängivad rolli ka tuuma moodustumisel auru kondenseerumisel, vedelike keemisel ja kristalliseerumisel. selle pinna niisutamine vedelikuga. Kui see juhtub, siis vedelikud 1 (joonis 1) interakteeruvad tugevamalt tahke keha 3 pinnaga , kui muu vedeliku (või gaasi) molekulidega 2 , siis tõuseb molekulidevahelise interaktsiooni jõudude erinevuse mõjul vedelik mööda anuma seina ja tahke kehaga külgnev vedeliku pinnaosa kõverdub. Hüdrostaatiline vedelikutaseme tõusust tingitud rõhk on tasakaalus kapillaarrõhk - rõhkude erinevus kõvera pinna kohal ja all, mille suurus on seotud vedeliku pinna lokaalse kumerusega.
kus r 1 ja r 2 on vedeliku 1 ja gaasi 2 tihedused, s 12 on pindade pindpinevus, g- vabalangemise kiirendus, meniski pinna keskmise kõveruse r-raadius (1 / r =1/R 1 +1/R 2, kus R 1 ja R 2 on meniski kõverusraadiused kahes üksteisega risti asetsevas lõikes lennukid). Vedeliku niisutamiseks r<0 и h 0 >0. Mittemärguv vedelik moodustab kumera meniski, kapillaari rõhk kapillaari all on positiivne, mis viib kapillaaris oleva vedeliku langemiseni vedeliku vaba pinna tasemest allapoole (h 0<0). Радиус кривизны rсвязан с радиусом капилляра r к соотношением r=-r к /cosq, где q - краевой угол, образуемый поверхностью жидкости со стенками капилляра. а - величину, характеризующую размеры системы L<а, при к-рых становятся существенными К. я.: Vee puhul temperatuuril 20 °C a = 0,38 cm kapillaarkondensatsiooni-, aurustumis- ja lahustumisprotsessid kõvera pinna juuresolekul. Kapillaaride imendumise jaoks on oluline omadus selle v, määratakse kapillaarirõhu ja viskoosse takistuse suuruse järgi vedeliku voolule kapillaaris. Kiirus v muutub koos neeldumisajaga t, ja vertikaalselt paikneva kapillaari jaoks

Kus h(t) – meniski asukoht ajahetkel t(joon. 1), h - koefitsient. vedeliku viskoossus. Kui imendub horisontaalsesse kapillaari

Kell v>10 -3 cm/s, kontaktnurga q võimalik sõltuvus v, ja mõnel juhul - kapillaarist välja tõrjutud gaasi (või muu vedeliku) viskoosne takistus Kapillaaride imendumise kiirus mängib rolli taimede veevarustuses, vedeliku liikumises muldades ja muudes poorsetes kehades. Kapillaarimmutamine on üks levinumaid keemilisi protsesse. tehnoloogiaid. õhukeste vedelikukihtide (juga, kile) paksuse kõikumine on nende ebastabiilsuse põhjuseks tilkade või kapillaarkondensaadi oleku suhtes.

Vedelike niisutamiseks suunatakse vedelikuvool väiksema kõverusraadiusega meniski poole (st madalama rõhu suunas). Kapillaaride liikumise põhjuseks võib olla mitte ainult vedeliku kõverusgradient, vaid ka vedeliku pindpinevusgradient.Seega põhjustab temperatuurigradient pindpinevuste erinevust ja sellest tulenevalt ka kapillaarrõhu erinevust vedelikus (termokapillaarne). vool). Sellega on seletatav ka vedeliku- ja gaasimullide tilgad ebaühtlaselt kuumutatud keskkonnas: pindpinevusgradiendi mõjul hakkab mullide või tilkade pind liikuma. Sarnast efekti täheldatakse ka siis, kui s12 muutub adsorptsiooni ajal pindaktiivsed ained(pindaktiivsed ained): pindaktiivsed ained vähendavad s 12 ja vedelik liigub selles suunas, kus vedeliku pinnal on vähem pindaktiivset ainet (Marangoni-Gibbsi efekt). Liidese kõverus põhjustab tasakaalulise aururõhu muutumise Rüle selle või tahkete ainete lahustuvus. Nii näiteks vedelikutilkade peale R kõrgem kui küllastusrõhk. paar ps samal temperatuuril tasase vedeliku pinna kohal T. Vastavalt Koos peenosakesed keskkonnas on lahustuvusest kõrgemad c s sama aine tasane pind. Neid muudatusi kirjeldatakse Kelvini võrrand, saadud keemilise võrdsuse tingimusest. potentsiaalid külgnevates faasides termodünaamilises olekus. tasakaal:

Kus V- vedeliku või tahke aine molaarmaht. Sfääriliste osakeste puhul g abs. suurus on võrdne nende raadiusega. Alandamine või edutamine R Ja Koos sõltub vastavalt punktile (4) r märgist (kumerate puhul r>0 ja r<0 для вогнутых поверхностей). Так, в отличие от рассмотренного выше случая давление пара в пузырьке или над поверхностью вогнутого мениска понижено: p

Võrrand (4) määrab aine suuna (suurtest väärtustest R Ja Koos väiksematele) süsteemi üleminekul termodünaamilisse olekusse. tasakaalu. See toob kaasa eelkõige asjaolu, et suured tilgad (või osakesed) kasvavad väiksemate aurustumisel (lahustumisel) ja ebatasased pinnad (eeldusel, et pindade pinge on konstantne) siluvad aurustumise (lahustumise) tõttu. väljaulatuvad osad ja süvendite täitmine. Märkimisväärsed erinevused rõhus ja lahustuvuses ilmnevad ainult piisavalt väikese r juures (vee puhul näiteks |r| juures)