Zjawiska kapilarne

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Zjawisko kapilarne

Zjawiska kapilarne to cały szereg zjawisk związanych z zachowaniem par i cieczy a pojawiających się dla wielu obiektów o małym wymiarze charakterystycznym (np. rurki kapilarne) i silnie zależne od tego wymiaru, przy kącie zwilżania powyżej 90 stopni. W zależności od zwilżania i średnicy rurki zjawisko może się pojawiać lub zanikać - zachodzi ono do momentu, gdy ciężar słupa wody równoważy siły kapilarne.

Wzór na ciężar słupa wody:

$G=H_{k}\cdot\pi\cdot r^{2}\cdot \rho_{w} \cdot g$

G - ciężar słupa wody

H_k - wysokość wzniosu kapilarnego

r - promień rurki

ρ_w - gęstość wody

g - przyciągania ziemskie

Wzór na siłę napięcia powierzchniowego

$Q_{p}=2\pi\cdot r\cdot\sigma_{p}$

Q_p - siła napięcia powierzchniowego

r - promień rurki

σ_p - napięcie powierzchniowe

Po przyrównaniu obu stron równania i podstawieniu danych dla wody i rurek ze szkła kwarcowego, otrzymujemy wysokość podciągania kapilarnego:

$H_{k}={0,15\over r}$

[edytuj] Prawidłowości

Wysokość podciągnia kapilarnego określa wzór:

$h={{2T\cos{\theta}}\over{\rho g r}}$

...gdzie:

h - wysokość podciągania (m)

T = napięcie powierzchniowe (J/m² lub N/m)

θ = kąt zwilżania

ρ = gęstość cieczy (kg/m³)

g = przyspieszenie ziemskie(m/s²)

r = promień rurki (m)

Dla czystej wody kontaktującej się ze szklaną rurką i powietrzem:

T = 0.0728 J/m² at 20 °C

θ = 20° (0,35 rad)

ρ = 1000 kg/m³

g = 9,8 m/s²

$h \approx \frac {1,4 \times 10^{-5} \mathrm{m}^{2}} {r} = \frac {14 \mathrm{mm}^{2}} r$ .

W rurce o promieniu 1m woda podniesie się o 0,014mm, a 1mm - 14mm, a 0,1mm o 140 mm.

[edytuj] Przykłady

Zmiana wysokości słupa cieczy - w zależności od kąta zwilżania podnoszenie lub obniżanie:

menisk wody w rurce szklanej jest wklęsły (woda dobrze zwilża szkło) i słup cieczy jest podnoszony na wysokość zależną od jej średnicy,

menisk rtęci w rurce szklanej jest wypukły (rtęć nie zwilża szkła) i jest obniżany w porównaniu z powierzchnią cieczy swobodnej,

Kondensacja i histereza kapilarna - zmiana ciśnienia przy którym para cieczy ulegnie kondensacji lub ciecz odparowuje.
Przepływ krwi przez naczynia włosowate.
Przepływ wody w naczyniach roślin - zjawiska kapilarne umożliwiają rośnięcie drzew na wysokość większą niż 10m (bez zjawiska kapilarnego słup wody w naczyniach ulegałby przerwaniu).
Nasiąkanie tkanin, bibuły, papieru, pieluszek itp. - ciecz utrzymywana jest pomiędzy gęsto umieszczonymi cienkimi włóknami za pomocą sił kapilarnych.

[edytuj] Kapilarność w Hydrogeologii

Pory gruntu tworzą naczynia kapilarne, w których woda podnosi się ponad zwierciadło wody podziemnej. Wysokość podnoszenia zależy bezpośrednio od frakcji gruntu (mnijesze ziarna tworzą kanaliki o mniejszej średnicy). Rozróżniamy kapilarność czynną i bierną.

Kapilarność czynna to wysokość, na jaką woda podnosi się ponad poziom zwierciadła wody podziemnej przy podsiąkaniu od dołu
Kapilarność bierna to wysokość, na jakiej woda utrzymuje się ponad poziomem zwierciadłą wody podziemnej przy jego obniżeniu

Źródło: "http://pl.wikipedia.org../../../z/j/a/Zjawiska_kapilarne.html"

Kategorie: Biofizyka • Mechanika cieczy i gazów • Hydrogeologia