§ 46. Змочування. Капілярні явища

Молекули рідини, які містяться на межі з твердим тілом, взаємодіють і з молекулами рідини, і із частинками твердого тіла, тому можуть спостерігатися явища змочування або незмочування.

Змочування - це явище, яке виникає внаслідок взаємодії рідини з молекулами твердих тіл і зумовлює викривлення поверхні рідини біля поверхні твердого тіла.

Силами взаємодії між молекулами рідини і твердого тіла, на відміну від притягання між молекулами рідини і газу, знехтувати не можна. Форма поверхні рідини, що прилягає до твердого тіла, залежить від того, які сили притягання більші: між молекулами рідини і твердого тіла чи між молекулами самої рідини.

У першому випадку рідина змочувальна, її форма біля стінки посудини така (мал. 119), що кут θ між площиною, дотичною до поверхні рідини, і стінкою гострий (рідина прилипає до стінки). У другому випадку рідина не змочує тверду поверхню, і кут θ (мал. 120) тупий (рідина відходить від стінки).

Мал. 119. Явище змочування

Мал. 120. Явище незмочування

Розглянемо лише випадки повного змочування (кут θ = 0°) і повного незмочування (кут θ = 180°), щоб пояснити явища, пов’язані з поведінкою рідин у вузьких трубках - капілярах (від лат. capillaris - «волосина»).

Під капілярними явищами розуміють піднімання або опускання рідини у вузьких трубках - капілярах - порівняно з її рівнем у широких трубках.

Змочувальна рідина (наприклад, вода у скляній трубці) піднімається по капіляру. Причому, що менший радіус трубки, то на більшу висоту піднімається рідина (мал. 121). Якщо розглядати викривлену поверхню рідини в капілярі через лупу, то вона буде схожа на розтягнуту гумову плівку, прикріплену до стінок трубки (мал. 122).

Мал. 121. Рідина в капілярних трубках

Мал. 122. Піднімання та опускання рідини в капілярних трубках

У капілярах вигнуту поверхню рідини під час повного змочування і незмочування можна вважати півсферою, радіус якої дорівнює каналу трубки r.

Уздовж межі поверхневого шару, що має форму кола, на рідину діє сила поверхневого натягу F = σl. Оскільки довжина кола l = 2пr, то ця сила дорівнює:

F = 2σпr.

Мал. 123. Висота піднімання і опускання рідин у капілярних трубках

Без капілярних явищ живі організми існувати просто не можуть. Усе тіло людини пронизують кровоносні судини. За будовою вони не однакові. Артерії - це судини, по яких рухається кров від серця. Вони мають пружні еластичні стінки, до складу яких входять гладкі м’язи. Скорочуючись, серце викидає в артерію кров під великим тиском. Завдяки щільності і пружності стінки артерії витримують цей тиск і розтягуються.

Що більша відстань від серця, то менший діаметр артерій. Маленькі артерії розпадаються на капіляри. Їх стінки утворені одним шаром плоских клітин. Крізь стінки капілярів речовини, розчинені у плазмі крові, проходять у тканинну рідину, а з неї потрапляють у клітину. Продукти життєдіяльності клітин проникають крізь стінки капілярів із тканинної рідини у кров.

В організмі людини приблизно 150 млрд капілярів (мал. 124). Якщо всі капіляри розмістити в одну лінію, то нею можна оперезати земну кулю 2,5 раза.

Мал. 124. Капіляри під мікроскопом

Піднімання вологи з глибинних шарів ґрунту також можливе завдяки капілярності, це необхідно враховувати в сільському господарстві. Зменшуючи діаметр капілярів шляхом ущільнення ґрунту, збільшують приплив води до поверхні, до зони випаровування і тим самим прискорюють висушування ґрунту. А розпушуючи його й руйнуючи тим самим систему ґрунтових капілярів, затримують приплив вологи до зони випаровування й уповільнюють висушування ґрунту. Саме на цьому ґрунтується відомий агротехнічний прийом регулювання водного режиму ґрунту - боронування.

Коріння рослин - це мережа капілярів, яка витягує вологу із землі, доносячи її до верхніх листків.

Дослід. Квітку з білими пелюстками (або листок пекінської капусти, стебло селери) поставимо у склянку з яскраво забарвленою водою (мал. 125). Через якийсь час на листках квітки можна спостерігати, як фарба просувається вгору. Колір рослини поступово зміниться відповідно до кольору води, у яку поміщено квітку. Це обумовлено рухом забарвленої води вгору по стеблах згідно з тими законами, які описують капілярні явища.

Мал. 125. Забарвлення квітки

Просте побутове прибирання неможливе без капілярних явищ, адже за цим принципом тканина вбирає воду. Рушник, чорнило, гніт у гасовій лампі тощо - приклади дії капілярних явищ. У техніці вони відіграють важливу роль під час сушіння пористих тіл та в багатьох інших процесах.

Інколи ці явища дають небажані наслідки, наприклад, пори цегли вбирають вологу. Щоб уникнути відволожування будівель під впливом ґрунтових вод, потрібно фундамент захистити за допомогою гідроізолювальних матеріалів - бітуму, руберойду або толю. Промокання одягу під час дощу, наприклад штанів до колін від ходьби по калюжах, також капілярне явище.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО