Σταγόνες, φυσαλίδες και τριχοειδής άνοδος

Η τριχοειδής δράση, γνωστή και ως τριχοειδική κίνηση, τριχοειδές ή φιτίλι, είναι η ικανότητα ενός υγρού να ρέει μέσα από ένα μικροσκοπικό χώρο χωρίς τη βοήθεια ή ακόμη και σε αντίθεση με άλλες δυνάμεις όπως η βαρύτητα. Μπορούμε πιο εύκολα να χαρακτηρίσουμε το τριχοειδές και τη δράση ως ένα φαινόμενο που συμβαίνει όταν τα υγρά ανεβαίνουν μέσω ενός σωλήνα ή, στην περίπτωση αυτή, ενός κυλίνδρου. Μπορούμε να ισχυριστούμε ότι αυτό οφείλεται κυρίως σε συνεκτικές και συγκολλητικές δυνάμεις. Είναι ένα από τα πιο κρίσιμα φαινόμενα επιφανειακής τάσης που βιώνουμε στην καθημερινή μας ζωή.

Τι εννοείτε με τον όρο Συνεκτικές και Συγκολλητικές Δυνάμεις;

Οι δυνάμεις έλξης μεταξύ μορίων του ίδιου είδους είναι γνωστές ως δυνάμεις συνοχής. Για παράδειγμα, οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων του νερού σε ένα ποτήρι. Από την άλλη πλευρά, οι συγκολλητικές δυνάμεις είναι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ διαφορετικών μορίων. Για παράδειγμα, η έλξη μεταξύ των μορίων του νερού σε ένα ποτήρι και των μορίων του γυαλιού.

Οι συγκολλητικές και οι συνεκτικές δυνάμεις σχετίζονται με χύδην ή μακροσκοπικές ιδιότητες. Ως εκ τούτου, οι φράσεις δεν είναι κατάλληλες για τη συζήτηση μορίων και ατομικών ιδιοτήτων. Όταν οποιοδήποτε υγρό έρχεται σε επαφή με οποιαδήποτε επιφάνεια, όπως η επιφάνεια του τραπεζιού ή τα τοιχώματα ενός βαθμονομημένου κυλίνδρου, υπόκειται τόσο σε συγκολλητικές όσο και σε συνεκτικές δυνάμεις. Αυτές οι δυνάμεις είναι υπεύθυνες για τον προσδιορισμό του σχήματος του υγρού.

Τι είναι η τριχοειδική άνοδος;

Τριχοειδής είναι η καταπίεση ή η άνοδος ενός υγρού σε μια στενή δίοδο, όπως τα κενά μεταξύ των ινών μιας πετσέτας ή τα κενά σε ένα πορώδες υλικό. Η τριχοειδική δράση δεν περιορίζεται στο κατακόρυφο επίπεδο. Το νερό απορροφάται στις ίνες χωρίς να εξαρτάται από τον προσανατολισμό της πετσέτας ή του υφάσματος.

Το υγρό τραβιέται προς τα πάνω λόγω αυτής της αλληλεπίδρασης.

Το τριχοειδές συγκρατεί την ποσότητα νερού που παίρνουμε, καθώς και τη δύναμη με την οποία θα ανυψώσει. Η ουσία που περιβάλλει τους πόρους παράγει ένα στρώμα πάνω τους. Τα στερεά υλικά που βρίσκονται πιο κοντά στα μόρια του νερού έχουν τις καλύτερες ιδιότητες πρόσφυσης. Καθώς το νερό εισάγεται στον πόρο, το πάχος της μεμβράνης πυκνώνει και η δύναμη του τριχοειδούς μεγέθους μειώνεται.

Η παρακάτω σχέση δίνει το ύψος στο οποίο ανεβαίνει το νερό.

h =2σ / ρrg

Εδώ,

Το
• h υποδηλώνει το ύψος ανύψωσης υγρού με τριχοειδική δράση
• σ υποδηλώνει επιφανειακή τάση
• r υποδηλώνει την ακτίνα του σωλήνα
• ρ υποδηλώνει την πυκνότητα του υγρού
• g υποδηλώνει επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας

Η δύναμη της συνοχής, της επιφανειακής τάσης και της πρόσφυσης αυξάνει το επίπεδο του υγρού. Ας υποθέσουμε ότι οι δυνάμεις προσκόλλησης στο τριχοειδές υγρό είναι μεγαλύτερες από τις δυνάμεις που είναι συνεκτικές με το υγρό, η στάθμη του υγρού αυξάνεται στο τριχοειδές γυαλί. Στην περίπτωση γωνίας μικρότερης από 900, ο σχηματισμένος μηνίσκος είναι κοίλος. Το υγρό μειώνεται όταν η δύναμη συνοχής είναι μεγαλύτερη από τη συγκολλητική δύναμη. Η γωνία επαφής, σε αυτήν την περίπτωση, είναι μεγαλύτερη από 900 μοίρες και ο μηνίσκος είναι κυρτός.

Οι δυνάμεις που εξισορροπούν τη στήλη του υγρού μπορούν να πάρουν τον τύπο ανόδου στο τριχοειδές. Η δύναμη που είναι προς τα πάνω λόγω της επιφανειακής τάσης είναι 2πrσcosθ, η οποία εξισορροπεί το βάρος του υγρού πr2hρg. Η πίεση ισορροπίας προέρχεται από αυτόν τον τύπο. Η επιφανειακή τάση του υγρού μετράται χρησιμοποιώντας το πείραμα τριχοειδούς ανύψωσης.

Σύμφωνα με την παραπάνω θεωρία, 

2πr cosθ T =πr2ρgh,

Τριχοειδής άνοδος (h)=2Tcosθrρg

Σε γωνία επαφής 0° στον τριχοειδή σωλήνα

h=2Trρg

Τα φαινόμενα της ανόδου των φυσαλίδων

Όλοι γνωρίζουμε ότι τα φυτά συλλέγουν νερό από το έδαφος για να παράγουν τροφή μέσω της φωτοσύνθεσης. Ομοίως, αν καταναλώνουμε νερό, πρέπει να παλέψει ενάντια στη βαρύτητα για να ανέβει, αλλά το κάνει. Ένα άλλο συχνό φαινόμενο είναι αυτό το φαινόμενο, που προκαλείται από την επιφανειακή τάση των υγρών.

Αν βάλουμε το νερό που χρησιμοποιήσαμε στις δοκιμές μας σε ποτήρι ζέσεως ή μικρό κύλινδρο μέτρησης. μπορούμε να δούμε ότι η επιφάνεια του νερού δεν είναι τελείως ευθεία. Προκαλεί μια μικρή καταθλιπτική κατάσταση. Στην περίπτωση του νερού, το εξωτερικό άκρο σύρεται προς τα πάνω λόγω των δυνάμεων κόλλας μεταξύ της επιφάνειας και του νερού.

Συμπέρασμα

Στις παραπάνω σημειώσεις, μάθαμε την έννοια της τριχοειδούς ανύψωσης, της μεθόδου τριχοειδούς ανύψωσης και της μεθόδου ανύψωσης φυσαλίδων. Παρατηρήσαμε ότι η σταγόνα νερού που πέφτει υιοθετεί πάντα το σφαιρικό σχήμα λόγω της επιφανειακής τάσης. Έτσι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η τάση ενός υγρού να ελαχιστοποιεί την επιφάνεια είναι γνωστή ως επιφανειακή τάση. Εκτός από αυτήν την έννοια, μάθαμε για το είδος των δυνάμεων, δηλαδή τις συγκολλητικές και συνεκτικές δυνάμεις.