Τι είναι η Τριχοειδής Δράση;
Η διαδικασία με την οποία το υγρό ρέει σε ευθύ σωλήνα ή πορώδη ουσία ονομάζεται τριχοειδής δράση. Δεν απαιτεί τη δύναμη της βαρύτητας, καθώς λειτουργεί συχνά ενάντια στη βαρύτητα. Η τριχοειδική κίνηση, το τριχοειδές και η αποστράγγιση χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της τριχοειδούς δράσης.
Το υγρό έλκεται μέσα στο σωλήνα με ενδομοριακές δυνάμεις:συνοχή και πρόσφυση. Ο συνδυασμός των δυνάμεων συνοχής του υγρού, και των δυνάμεων κόλλας μεταξύ του υγρού και του υλικού του σωλήνα, προκαλεί τριχοειδή δράση. Επομένως, ένας σωλήνας πρέπει να έχει αρκετά μικρή διάμετρο ώστε να επιτρέπει την απομάκρυνση.
Εάν συμβεί κάποιο από τα ακόλουθα, η ανάβαση θα επιταχυνθεί εάν συμβεί ένα από τα δύο περιστατικά:εάν αυξηθεί η επιφανειακή τάση ή ο λόγος συνοχής προς πρόσφυση, η άνοδος θα επιταχυνθεί και εάν το υγρό Η πυκνότητα αυξάνεται, η άνοδος του υγρού στο τριχοειδές θα επιβραδυνθεί.
Αιτία τριχοειδούς δράσης
Ο συνδυασμός των δυνάμεων συνοχής του υγρού και των συγκολλητικών δυνάμεων μεταξύ του υγρού και του υλικού του σωλήνα προκαλεί τριχοειδή δράση.
Οι διαμοριακές δυνάμεις περιλαμβάνουν την πρόσφυση και τη συνοχή. Το υγρό έλκεται μέσα στο σωλήνα από αυτές τις δυνάμεις. Επομένως, απαιτείται ένας σωλήνας με αρκετά μικρή διάμετρο για να σχηματιστεί το τριχοειδές.
Η φόρμουλα για τριχοειδική δράση
Η επιφανειακή τάση είναι επίσης υπεύθυνη για την άνοδο μιας υγρής στήλης μέσα σε έναν στενό τριχοειδές σωλήνα.
Ως εκ τούτου, ο τύπος τριχοειδούς αύξησης είναι:
(h)=2Tcosθ/rρg
Εδώ, r=Γυάλινη ακτίνα τριχοειδούς σωλήνα
P =Πυκνότητα υγρού
G =Επιτάχυνση λόγω βαρύτητας
Θ =βαθμός επαφής μεταξύ του τοιχώματος του σωλήνα και του υγρού
T =Επιφανειακή τάση του υγρού
Εξάρτηση του τριχοειδούς από τη φύση του υγρού και του στερεού
Αν Θ>90o, τότε το υγρό θα πέσει (κατεβαίνει) στο τριχοειδές, επειδή ο μηνίσκος είναι κυρτός και αυτό το αρνητικό (h =-ve).
Αν Θ=90o, τότε αυτό σημαίνει ότι ο μηνίσκος είναι επίπεδος (h =0) και υπάρχει χωρίς τριχοειδές.
Αν Θ<90o, τότε το h θα είναι θετικό (h =+ve) επειδή ο μηνίσκος είναι κοίλος . Αυτό σημαίνει ότι η στάθμη του υγρού στο τριχοειδές αυξάνεται (ανεβαίνει).
Ο υγρός μηνίσκος σε ένα τριχοειδές σύστημα μπορεί να είναι:
(i) μηνίσκος με κοίλο σχήμα
(ii) μηνίσκος με κυρτό σχήμα
iii) μηνίσκος με επίπεδο σχήμα
Κοίλος μηνίσκος- Σε αυτόν, η πίεση κάτω από τον μηνίσκο (po – 2T/r) είναι χαμηλότερη από η πίεση πάνω από αυτό (Po), και η υπερπίεση είναι P=2T/r
Εδώ, ο βαθμός επαφής μεταξύ του τοιχώματος του σωλήνα και του υγρού είναι οξύς.
Κυρτός μηνίσκος- Σε αυτό, η πίεση κάτω από τον μηνίσκο (po + 2T/r) είναι υψηλότερη από η πίεση πάνω από αυτό (Po) και η υπερπίεση είναι P=2T/r
Εδώ, ο βαθμός επαφής μεταξύ του τοιχώματος του σωλήνα και του υγρού είναι αμβλύς
Επίπεδος μηνίσκος- Σε αυτόν, η πίεση κάτω από τον μηνίσκο είναι ίση με την πίεση πάνω από αυτόν και η υπερβολική πίεση είναι P=0
Εδώ, ο βαθμός επαφής μεταξύ του τοιχώματος του σωλήνα και του υγρού είναι 90o
Δυνάμεις τριχοειδούς δράσης
Ακολουθεί μια ανάλυση των δυνάμεων τριχοειδούς δράσης:
Συνοχή
Η δύναμη που παρατηρείται μεταξύ των μορίων ενός υγρού ονομάζεται συνοχή.
Η επιφανειακή τάση είναι το πιο γνωστό φαινόμενο, πολύ λίγοι άνθρωποι έχουν συνειδητοποιήσει ότι προκαλείται και από την έννοια της συνοχής.
Πυκνότερες ουσίες από τα υγρά εμποδίζονται να κατέβουν λόγω της επιφανειακής τάσης, η οποία επιτρέπει στα πράγματα να επιπλέουν από πάνω τους απουσία πρόσθετης υποστήριξης.
Συγκόλληση
Η πρόσφυση είναι η ελκτική δύναμη μεταξύ δύο διαφορετικών πραγμάτων, συμπεριλαμβανομένου ενός σκληρού δοχείου και ενός υγρού.
Είναι η παρόμοια δύναμη που είναι υπεύθυνη για να κολλήσει το νερό στην επιφάνεια του γυαλιού
Όταν η πρόσφυση είναι ισχυρότερη από τη συνοχή, τα υγρά διαποτίζουν την επιφάνεια ενός υλικού με το οποίο έρχονται σε επαφή και το υγρό καμπυλώνεται προς τα πάνω στο χείλος του δοχείου.
Τριχοειδής δράση στην καθημερινή ζωή
Αν ρίξετε μια χαρτοπετσέτα στο νερό, το νερό θα σκαρφαλώσει αυθόρμητα στην πετσέτα, φαινομενικά αγνοώντας τη βαρύτητα. Μπορείτε να ανιχνεύσετε τη δραστηριότητα των τριχοειδών από τα μόρια του νερού που σέρνονται επάνω στην πετσέτα και τραβούν άλλα μόρια νερού.
Τα φυτά και τα δέντρα δεν θα είναι σε θέση να ευδοκιμήσουν χωρίς τριχοειδική δράση. Τα φυτά έχουν ρίζες στη γη που μπορούν να μεταφέρουν νερό στο φυτό από το έδαφος. Τα θρεπτικά συστατικά που διαλύονται στο νερό εισέρχονται στις ρίζες και σκαρφαλώνουν στην επιφάνεια. Το νερό διοχετεύεται στις ρίζες μέσω τριχοειδούς δράσης.
Εφαρμογές του Capilarity
Ακολουθούν μερικές γνωστές και κοινές εφαρμογές της τριχοειδούς:
(α) Το λάδι στο φυτίλι μιας λάμπας ανεβαίνει λόγω της τριχοειδούς δράσης των νημάτων του φυτιλιού.
(β) Η τριχοειδική δράση του βαμβακιού στην πετσέτα είναι υπεύθυνη για την ικανότητα της πετσέτας να απορροφά την υγρασία από το σώμα.
(γ) Το νερό συγκρατείται σε ένα κομμάτι σφουγγαριού λόγω τριχοειδούς.
(δ) Ένα στυπόχαρτο απορροφά το μελάνι μέσω της τριχοειδούς δράσης των πόρων του στυπωτικού χαρτιού.
(ε) Οι τρίχες των ριζών των φυτών χρησιμοποιούν τριχοειδή δράση για την εξαγωγή νερού από το έδαφος.
Συμπέρασμα
Οι τριχοειδείς σωλήνες (στενοί κυλινδρικοί σωλήνες) έχουν ελάχιστες διαμέτρους. Η στάθμη του υγρού στο τριχοειδές ανεβαίνει (ή μειώνεται) γύρω από τη στάθμη του περιβάλλοντος υγρού όταν αυτοί οι μικροσκοπικοί σωλήνες βυθίζονται σε υγρό. Η τριχοειδής δράση είναι το όνομα αυτής της δραστηριότητας και τα τριχοειδή είναι οι σωλήνες που εμπλέκονται. Οι συγκολλητικές δυνάμεις και οι δυνάμεις συνοχής είναι υπεύθυνες για αυτό. Ο τύπος για την τριχοειδική δράση είναι (h)=2Tcosθ/rρg. Ο υγρός μηνίσκος σε ένα τριχοειδές σύστημα μπορεί να είναι τριών τύπων:ο κοίλος μηνίσκος, ο κυρτός μηνίσκος και ο επίπεδος μηνίσκος. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές τριχοειδών τριχοειδών γύρω μας.
