double arrow

Капиллярные явления

Добавочное давление (43) обусловливает изменение уровня жидкости в узких трубках (капиллярах), вследствие чего называется иногда капиллярным давлением.

Существование краевого угла приводит к тому, что вблизи стенок сосуда наблюдается искривление поверхности жидкости. В узкой трубке (капилляре) или в узком зазоре между двумя стенками искривленной оказывается вся поверхность. Если жидкость смачивает стенки, поверхность имеет вогнутую форму, если не смачивает — выпуклую (рис. 23). Такого рода изогнутые поверхности жидкости называются менисками.

Рис. 23. Образование мениска в капилляре

Если капилляр погрузить одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то под искривленной поверхностью в капилляре давление будет отличаться от давления под плоской поверхностью в широком сосуде на величину Δ р, определяемую формулой (43). В результате при смачивании капилляра уровень жидкости в нем будет выше, чем в сосуде, при несмачивании — ниже.

Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках или зазорах получило название капиллярности. В широком смысле под капиллярными явлениями понимают все явления, обусловленные существованием поверхностного натяжения. В частности, обусловленное поверхностным натяжением давление (43) называют, как уже отмечалось, капиллярным давлением.

Между жидкостью в капилляре и широком сосуде устанавливается такая разность уровней h, чтобы гидростатическое давление pgh уравновешивало капиллярное давление Δp:

(44)

В этой формуле α – поверхностное натяжение на границе жидкость – газ, R – радиус кривизны мениска.

Радиус кривизны мениска R можно выразить через краевой угол θ и радиус капилляра r. В самом деле, из рис. 23 видно, что R = r/cos θ. Подставив это значение в (44) и разрешив получившееся уравнение относительно h, приходим к формуле

(45)

В соответствии с тем, что смачивающая жидкость поднимается по капилляру, а несмачивающая — опускается, формула (45) дает в случае θ < π/2 (cosθ > 0) положительные h и в случае θ > π/2 (cosθ < 0) отрицательные h.

Если сложить вместе две отшлифованные смоченные пластинки, то между ними возникает заметная сила сцепления. Это явление имеет следующее объяснение. Поверхность жидкости в зазоре между пластинками сильно искривлена. Следовательно, давление внутри жидкости будет меньше атмосферного на величину

При полном смачивании R1 = d/2, где d — величина зазора между пластинками. Радиус R2 сечения плоскостью, параллельной пластинкам, значительно больше, чем R1. Поэтому можно положить

Если величина смоченной жидкостью поверхности каждой пластинки равна S, то пластинки будут прижиматься друг к другу с силой, равной

(46)

Величина зазора между пластинками определяется размерами шероховатостей на их поверхностях. При зазоре порядка 1 мк и пластинках, смоченных водой, Δ р получается порядка 1 ат, так что, если пластинки имеют размеры 10 X 10 см, то сила сцепления между ними может достигать 100 кГ.

В случае, когда между пластинками находится прослойка из несмачивающей их жидкости, возникает сила, расталкивающая пластинки. Величина этой силы также определяется выражением (46).


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: