При соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела ее свободная поверхность искривляется в зависимости от сил действующих между молекулами поверхностных слоев жидкости и тела.
Угол между касательной к поверхности жидкости и твердого тела называется углом смачивания θ. Если θ < π/2, то жидкость смачивающая, а если θ > π/2, то несмачивающая (рис.25).
Рис.25
Смачивание и несмачивание - понятия относительные, поскольку жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую (вода смачивает стекло, но не смачивает парафин, ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов).
Капиллярами я вляются узкие щели, трубки малого диаметра (меньше 1мм), а явления изменения высоты уровня жидкости в капиллярах по отношению к уровню в широких сосудах называются капиллярными.
В капиллярах, вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок, кривизна поверхности значительна. При смачивании поверхность жидкости – мениск – имеет вогнутую форму, а при несмачивании – выпуклую. Искривленная поверхность образует дополнительное давление, направление которого либо совпадает с гидравлическим, либо направлено в противоположную сторону. Оно определяется формулой Лапласа для круглого капилляра радиусом R при полном смачивании
|
|
, (52)
Дополнительное давление для выпуклой поверхности положительно, а для вогнутой отрицательно.
Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой гидростатическое давление равное ρgh уравновешивается дополнительным (рис.26)
То есть
(52)
Рис.26
где ρ – плотность жидкости, R – радиус капилляра.
Отсюда следует, что высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу. В тонких капиллярах жидкость поднимается достаточно высоко. Так при θ=0 вода в капилляре диаметром 1 мкм поднимается на высоту 30м.
Капиллярные явления играют значительную роль в природе и технике. Снабжение кроны деревьев питательными веществами. По капиллярам почвы поднимается вода в поверхностные слои. Уплотняя почву можно усилить приток воды, а разрыхляя, за счет нарушения капиллярности, наоборот уменьшить и другие. В гемодинамике капилляры обеспечивают снабжение тканей кислородом эритроцитов.