За невлажнувачки течности ...
Експеримент IIX.13: Пораст во капиларите
Во ова поглавје сакаме да го генерализираме изведениот концепт на површинска напнатост. Досега го разгледувавме само површинскиот напон на течноста кон воздухот, поточно против вакуумот, сега претпоставуваме дека интерфејсот е генерално опфатен од два медиуми, медиум 1 наспроти медиум 2. Таков интерфејс постои, на пример, помеѓу две течности, помеѓу течност и цврста состојба или помеѓу течност и гас. Со цел да ги идентификуваме медиумите помеѓу кои постои интерфејсот, ја обележуваме површинската затегнатост со два индекси s 12. Овој површински напон сега го означува затегнатоста што делува од површината 1 до површината 2. Површинскиот напон е мерка на енергијата што мора да се потроши или добие кога се менува интерфејсот помеѓу медиумот 1 и медиумот 2.
Ако површинскиот напон е поголем од 0, површинската молекула во медиум 2 е посилно привлечена од сопствениот медиум, т.е медиум 2, отколку до средниот 1. Како што веќе беше дискутирано, интерфејсот се обидува да се минимизира.
Ако, пак, површинскиот напон е негативен, површинските молекули се посилно привлечени од средина 1 отколку во средина 2. Во овој случај, интерфејсот се обидува да се зголеми максимално.
Ако има интерфејс помеѓу две течности, можно е мешање.
Овој феномен ќе го разгледаме само во еден пример. За да го направите ова, сметаме како површинскиот напон делува на површината на течноста наспроти гасната фаза на onидот на садот
Првата слика го покажува интерфејсот помеѓу течност и гас на wallидот на садот, каде што површинскиот напон е позитивен.
Сега го разгледуваме линискиот елемент d l на граничната линија помеѓу 3 медиуми; 3 сили дејствуваат на оваа гранична линија:
F 13 = s 13 d l и F 12 = s 12 d l лежат во една линија на дејствување, но се спротивни. Силата на компонентата на F 23 = s 23 d l што дејствува во оваа насока се пресметува со помош на косинусот.
За s 12> 0, сите 3 сили се обидуваат да ја намалат поврзаната површина. Во рамнотежа, се однесува на theидот на крвниот сад
Постојат четири различни начини на кои површинските тензии се однесуваат едни на други:
1 случај: s 12 s 13. Аголот што течноста го формира со wallидот на садот е j 0. Течноста не се навлажнува. Овој случај е прикажан на слика IIX.24a. Пример што веќе е користен е живата.
2-ри случај: с 12> с 13. Аголот што течноста го формира со wallидот на садот е j> 90 0. Течноста се навлажнува. Овој случај е прикажан на слика IIX.24b. Пример за ова е вода со сапуница.
3-ти случај: Рамнотежа е можна само ако | s 13 - s 12 | 23 е 23 е.
4-ти случај: Ако s 13 - s 12> s 23, течноста лази wallидот на садот и го мокри целосно. Овој имот има на пр. Продирачко масло.
Различното навлажнување на површините со течности значи дека течностите во тесните садови претпоставуваат различно ниво од течноста надвор од садот. Овој имот се нарекува капиларност.
Дозволете ни да ја разгледаме оваа последица на меѓунамерната напнатост во мисловниот експеримент:
Течност се крева во тесна цевка со радиус r околу парчето h. Површината претставува дел од сферична обвивка со радиус R. Овој радиус R одговара само на многу мал агол на мокрење j во ограничувачкиот случај .
Од експериментот со меурот од сапуница, знаеме дека намалувањето на површината создава притисок. Притисокот на закривената течна површина е
Следното се однесува на аголот на инциденца j на течноста на wallидот
Така следува за печатење
Во рамнотежа, гравитацијата и површинскиот напон се во рамнотежа:
Ако се сумираат r/cos j до r ', ова следува
За ограничувачкиот случај j = 0, гласи капиларниот закон
Висината на порастот е обратно пропорционална на радиусот на цевката.
s е површинскиот напон на течноста наспроти воздухот. За невлажнувачки течности, притисокот работи во спротивна насока: нивото на течноста се турка надолу. Во овој случај, се зборува за „капиларна депресија“
Ајде сега да разгледаме два експерименти за законот на капиларите.
Во овој експеримент, пет цевки со различни радиуси се нурнати подеднакво длабоко во течност. Поради капиларното дејство, водата се крева во цевките. Може да се забележи дека течноста се крева повисоко во цевките со помали радиуси. Ако погледнете цевка со дијаметар од два милиметри и една со дијаметар од еден милиметар, ќе ја видите обратната врска помеѓу висината на искачувањето и дијаметарот на цевката: вистинска: во потенката цевка водата е двојно поголема.
Во друг експеримент сметаме клин направен од стакло:
Како што се очекуваше, гледаме зголемена хипербола во водата; колку е помало растојанието помеѓу плочите, толку повеќе се крева водата. Theивата, од друга страна, не мокре, бидејќи растојанието помеѓу плочите се намалува, висината на порастот исто така се намалува.