Σημαντικά σημεία σχετικά με την τριχοειδή δράση

Η ικανότητα μιας ουσίας να ρέει σε έναν σφιχτό σωλήνα παρά τη βαρύτητα είναι γνωστή ως τριχοειδής δράση. Είναι η συνέπεια της αλληλεπίδρασης δύο δυνάμεων:της συνεκτικής δύναμης και της συγκολλητικής δύναμης. Η συνεκτική δύναμη είναι η έλξη μεταξύ των μορίων σε ένα υγρό, ενώ η συγκολλητική δύναμη είναι η έλξη μεταξύ των μορίων ενός υγρού και των μορίων στην επιφάνεια του σωλήνα. Η ποσότητα του ανυψωμένου υγρού καθορίζεται από τη διάμετρο του δοχείου και τις δυνάμεις βαρύτητας. Ενώ το νερό έχει αυτό το μοναδικό χαρακτηριστικό, ο υδράργυρος που μοιάζει με υγρό δεν έχει, καθώς έχει ισχυρότερη δύναμη συνοχής από μια κολλώδη δύναμη.

Η άνοδος του υγρού σε έναν τριχοειδή σωλήνα

Ένας κυκλικός τριχοειδής σωλήνας βυθίζεται κατακόρυφα σε ένα υγρό επιφανειακής τάσης. Ο μηνίσκος του καμπυλώνεται προς τα πάνω καθώς το υγρό ανεβαίνει μέσα του. Αυτή είναι η γωνία επαφής μεταξύ στερεού και υγρού. Η επιφανειακή δύναμη εφελκυσμού θα λειτουργεί εφαπτομενικά προς τα μέσα ανά μονάδα μήκους της γραμμής επαφής υγρού-στερεού. Η κατεύθυνση της δύναμης θα δημιουργήσει μια γωνία με το τοίχωμα του σωλήνα. Το γυάλινο τοίχωμα θα αισθανθεί μια δύναμη προς την κατεύθυνση της εφαπτομένης κατά μήκος της γραμμής επαφής με το υγρό. Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, κάθε ενέργεια έχει ίση και αντίθετη απόκριση.

Ως αποτέλεσμα, ο υγρός μηνίσκος αντιμετωπίζει μια ίση και αντίθετη δύναμη από το γυάλινο τοίχωμα. Η απόκριση μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη:(i) κατακόρυφα προς τα πάνω και (ii) οριζόντια προς τα έξω. Τα οριζόντια στοιχεία ακυρώνονται όταν εξετάζεται ολόκληρος ο μηνίσκος, ενώ τα κάθετα στοιχεία προστίθενται μαζί.

Ολόκληρη η κατακόρυφη δύναμη υποστηρίζει τη στήλη ενός υγρού που στέκεται στο σωλήνα στον υγρό μηνίσκο. Η συνολική κατακόρυφη δύναμη =μήκος της δύναμης του μηνίσκου ανά μονάδα μήκους.

Υπάρχουν μερικά πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε:

• Συνεκτική δύναμη: Η συνεκτική δύναμη είναι η δύναμη έλξης ή απώθησης μεταξύ μορίων του ίδιου υλικού. Το μοριακό εύρος είναι η μέγιστη απόσταση στην οποία τα μόρια μπορούν να έλκονται μεταξύ τους. Εάν μια σφαίρα θεωρείται ότι κατασκευάζεται με το μοριακό εύρος ως την ακτίνα και τη θέση του μορίου ως το κέντρο, η σφαίρα ονομάζεται σφαίρα επιρροής.
• Δύναμη συγκόλλησης: Η συγκολλητική δύναμη είναι η δύναμη έλξης μεταξύ μορίων διαφορετικών ουσιών. Η διαμοριακή δύναμη είναι 1011 N, ενώ η βαρυτική δύναμη είναι της τάξης των 1050 N. Οι διαμοριακές αποστάσεις είναι στην περιοχή των 1010 m.

Η διάκριση μεταξύ συγκολλητικών και συνεκτικών δυνάμεων μπορεί να θυμόμαστε αν θυμάστε ότι με τις συγκολλητικές δυνάμεις, προσθέτετε ένα άλλο σύνολο μορίων, τα επιφανειακά μόρια, για να συνδεθεί το υγρό.

Εξίσωση Eotvos για διακύμανση επιφανειακής τάσης με θερμοκρασία

Οι επιφανειακές τάσεις των υγρών συνήθως μειώνονται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Ο Eotvos ανακάλυψε μια εμπειρική σχέση μεταξύ επιφανειακής τάσης και θερμοκρασίας. Εάν V είναι ο μοριακός όγκος και Tc η κρίσιμη θερμοκρασία, η επιφανειακή τάση υπολογίζεται ως γV2/3 =k(Tc − T), όπου το k είναι σταθερό για όλα τα υγρά.

Μερικά σημαντικά σημεία

1. Το Capilla είναι μια λατινική λέξη που σημαίνει "τρίχα".
2. Θεωρήστε το ως έναν κατακόρυφο τριχοειδές σωλήνα με κυκλική διατομή (ακτίνα α) σε ένα δοχείο νερού ανοιχτό στη μία πλευρά.
3. Το νερό ανεβαίνει σε έναν σφιχτό σωλήνα ενάντια στη βαρύτητα λόγω μιας διαφοράς πίεσης σε μια καμπύλη επαφή υγρού-αέρα.

Επιφανειακή ενέργεια

Η δομή GBCH αποτελείται από δύο λεπτά σύρματα λυγισμένα σε ορθή γωνία δύο φορές. Ένα άλλο σύρμα AD μπορεί να γλιστρήσει κατά μήκος των οριζόντιων βραχιόνων του BG και του CH χωρίς να προκαλέσει τριβή. Μια λεπτή μεμβράνη ABCD θα αναπτυχθεί στο κενό εάν το πλαίσιο βυθιστεί σε διάλυμα σαπουνιού και αφαιρεθεί.

Ως αποτέλεσμα, οι δυνάμεις επιφανειακής τάσης θα ενεργούν κάθετα και εφαπτομενικά στην επιφάνεια της μεμβράνης σε κάθε σημείο του σύρματος AD και το σύρμα AD θα προχωρήσει αργά προς τον βραχίονα του πλαισίου BC. Για να διατηρηθεί το σύρμα AD στη θέση του, πρέπει να ασκηθεί ισοδύναμη δύναμη προς την αντίθετη κατεύθυνση για να διατηρηθεί το σύρμα AD στη θέση του.

Υπερβολική πίεση μέσα σε σφαιρική σαπουνόφουσκα

Η φυσαλίδα δεν είναι τίποτα άλλο από αέρας που περικλείεται σε μια σφαιρική επίστρωση διαλύματος σαπουνιού. Η φούσκα έχει δύο επιφάνειες:μία στην εσωτερική και μία στην εξωτερική. Η επιφανειακή τάση αναγκάζει τα μόρια και στις δύο πλευρές να αισθάνονται μια ώθηση προς τα μέσα. Η πίεση μέσα στη φυσαλίδα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την πίεση έξω. Διαφορετικά, η φυσαλίδα θα έχανε το σφαιρικό της σχήμα.

Συμπέρασμα

Όταν το ένα άκρο ενός τριχοειδούς σωλήνα βυθίζεται κατακόρυφα στο νερό, το υγρό ανεβαίνει στον σωλήνα μέχρι να φτάσει σε ένα σημείο πάνω από το επίπεδο του αγγείου. Όταν ο ίδιος τριχοειδής σωλήνας βυθίζεται σε υδράργυρο (ή οποιοδήποτε άλλο υγρό που δεν διαβρέχεται), το επίπεδο υδραργύρου στο σωλήνα πέφτει κάτω από το επίπεδο στο δοχείο. Αυτό οδηγεί σε μια κοιλότητα στήλης υδραργύρου στο σωλήνα. Τριχοειδής ή τριχοειδής δράση, είναι η άνοδος ή η πτώση υγρού σε έναν τριχοειδή σωλήνα. Αναγκάζει το λάδι να ανέβει στο ανώτερο στρώμα του εδάφους, το φυτίλι μιας λάμπας, κάτω από το νερό στο έδαφος και σε κάποιο βαθμό, στις ρίζες και τους μίσχους των φυτών.