Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Головко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 30. Змочування. Капілярні явища
- Змочування
- Капілярні явища
ЗМОЧУВАННЯ. Якщо рідина межує з її ж парою, то взаємодії між молекулами слабкіші і їх можна не враховувати. Якщо поверхневий шар рідини межує з твердим тілом, то взаємодію молекул рідини і твердого тіла слід враховувати. У повсякденному житті можна спостерігати, що крапля води розпливається чистою поверхнею скла (мал. 30.1, а), але не розпливається забрудненою жиром — і має форму майже правильної кулі (мал. 30.1, б).
Мал. 30.1. Рідина змочує (а) і не змочує поверхню (б)
Тоді говорять, що вода або змочує поверхню, або — не змочує.
Якщо взаємодія між молекулами рідини менша, ніж їх взаємодія з молекулами контактного твердого тіла, то вона його змочує і, навпаки, якщо ця взаємодія більша, — не змочує.
Явища змочування і незмочування відіграють важливу роль у побуті та техніці. Якби, наприклад, вода не змочувала тіло людини, то марним було б купання. Добре змочування потрібне під час фарбування і прання, паяння, збагачення руд цінних порід та інших технічних процесів.
КАПІЛЯРНІ ЯВИЩА. Змочування або незмочування рідиною стінок посудини впливає на форму вільної поверхні рідини, а також призводить до її підняття або опускання у посудині, в яку занурено капіляр. Ці явища називаються капілярними. Як їх пояснити?
Зануримо в рідину густиною ρ циліндричний капіляр радіусом r ≈ 1 мм (мал. 30.2). Її підняття в капілярі припиниться тоді, коли сила тяжіння піднятого стовпа рідини зрівноважить рівнодійну сил поверхневого натягу: Fн = Fт.
Мал. 30.2. Підняття рідини у капілярі
Сила поверхневого натягу Fн = 2пrσ. Сила тяжіння Fт = mg. Оскільки m = ρV = ρпr2h, справедливою є рівність:
2πrσ = ρпr2hg.
Звідси висота підняття рідини в циліндричному капілярі:
де h — висота підняття рідини в циліндричному капілярі; σ — коефіцієнт поверхневого натягу рідини; ρ — її густина; r — радіус капіляра; g — прискорення вільного падіння.
Якщо рідина не змочує капіляр, то її рівень у ньому буде нижчим від рівня рідини в посудині. Різниця цих рівнів, яку також позначають h, має таку ж залежність від σ, ρ і r, як і під час змочування.
Капілярні явища мають велике значення в природі й техніці. Завдяки їм здійснюється проникнення вологи з ґрунту в стебла і листя рослин. Саме в капілярах відбуваються основні процеси, пов’язані з диханням і живленням організмів.
У будівництві враховують можливість підняття вологи капілярними порами будівельних матеріалів. З метою захисту фундаменту і стін від дії ґрунтових вод та вологи застосовують гідроізоляційні матеріали: толь, смоли тощо. Завдяки капілярному підняттю вдається фарбувати тканини. Часто капілярні явища використовують і в побуті. Застосування рушників, серветок, гігроскопічної вати, марлі, промокального паперу можливе завдяки наявності в них капілярів.
Головне в цьому параграфі
Якщо взаємодія молекул рідини менша, ніж їх взаємодія з молекулами контактного твердого тіла, то маємо випадок змочування і навпаки, коли ця взаємодія більша, — незмочування.
Внаслідок дії сил поверхневого натягу рідини, що змочують поверхню тонких трубок — капілярів, піднімаються догори, а рідини, що не змочують поверхню трубок, опускаються вниз. Висота піднімання (або опускання) рідини дорівнює:
Запитання для самоперевірки
- 1. Розкрийте фізичну сутність явищ змочування і незмочування.
- 2. Чому плями з жиру на одязі не вдається змити водою?
- 3. Що називають капілярністю?
- 4. Обґрунтуйте, коли рідина в капілярі піднімається, а коли — опускається.
- 5. Виведіть формулу, за якою визначають висоту піднімання чи опускання рідини у капілярі.
- 6. Наведіть приклади врахування і використання капілярних явищ у повсякденному житті.
Вправа до § 30
1(п). Вкажіть, унаслідок якої взаємодії відбуваються явища змочування і незмочування:
- А Молекул рідини між собою.
- Б Молекул рідини і молекул пари над рідиною.
- В Молекул рідини і молекул твердого тіла, з яким стикається рідина.
- Г Правильної відповіді немає.
2(п). Яку рідину можна налити в склянку вище країв?
- А Ту, що змочує скло.
- Б Ту, що не змочує скло.
- В Так зробити неможливо.
- Г Будь-яку.
3(с). Під час занурення в рідину капілярної скляної трубки рівень рідини в ній піднявся на 4 мм над рівнем рідини в посудині. Чому дорівнюватиме висота підйому тієї самої рідини в скляній трубці з отвором вдвічі більшого діаметра?
- А 16 мм
- Б 8 мм
- В 4 мм
- Г 2 мм
4(с). Визначте масу води, що піднялась у капілярній трубці діаметром 0,5 мм:
- А 0,083 мг
- Б 12 мг
- В 0,083 кг
- Г 12 кг
5(д). У капілярній трубці, радіус якої 0,5 мм, рідина піднялася на висоту 11 мм. Визначте густину цієї рідини, якщо її коефіцієнт поверхневого натягу становить 0,022 Н/м.
6(д). На яку висоту підніметься спирт між двома паралельними скельцями, відстань між якими 1 мм? Вважайте, що змочування поверхні скла спиртом повне. Густина спирту становить 800 кг/м3. Коефіцієнт поверхневого натягу спирту — 22 мН/м.
7(в). У двох капілярних трубках різного діаметра, занурених у воду, встановилася різниця рівнів 2,6 см. Коли ці трубки занурили у спирт, різниця рівнів стала 1 см. Знаючи коефіцієнт поверхневого натягу води, визначте коефіцієнт поверхневого натягу спирту. Густина води дорівнює 1000 кг/м3, спирту — 800 кг/м3. Коефіцієнт поверхневого натягу води 73 мН/м.
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України