Kapillaarsuse omadused ja näide vees



The kapillaarsus See on vedelike omadus, mis võimaldab neil liikuda läbi torukujuliste aukude või poorsete pindade isegi raskusjõu vastu. Selleks peab olema vedelate molekulidega seotud kahe jõu tasakaal ja koordineerimine: ühtekuuluvus ja adhesioon; neil on kaks füüsilist peegeldust, mida nimetatakse pinna pingeks.

Vedelik peab suutma toru siseseinu või selle materjali poorid niisutada, mille kaudu see liigub. See juhtub siis, kui haardejõud (kapillaaritoru vedeliku sein) on suurem kui molekulidevaheline ühtekuuluvusjõud. Järelikult tekitavad vedelad molekulid tugevamat koostoimet materjali aatomitega (klaas, paber jne) kui nende vahel.

Kapillaarsuse klassikalist näidet illustreerib selle omaduse võrdlemine kahe väga erineva vedelikuga: vesi ja elavhõbe.

Ülemine pilt näitab, et vesi tõuseb läbi toru seinte, mis tähendab, et tal on suuremad haardumisjõud; samas kui elavhõbeda puhul on vastupidine, sest selle sidusad metallilised sidumisjõud takistavad klaasi niisutamist.

Sel põhjusel moodustab vesi nõgusa menüüsi ja elavhõbeda kumer menisk (kuplikujuline). Samuti tuleb märkida, et mida väiksem on toru või selle osa raadius, mille kaudu vedelik liigub, seda suurem on kõrgus või läbitud vahemaa (võrrelda mõlema toruga veesamba kõrgusi).

Indeks

  • 1 Kapillaarsuse karakteristikud
    • 1.1 - Vedeliku pind
    • 1.2 -Kõrgus
    • 1.3. Pinna pinge
    • 1.4 - kapillaari või pooride rida, kus vedelik tõuseb
    • 1.5 - kontaktnurk (θ)
  • 2 vee kapillaarsus
    • 2.1 Taimedel
  • 3 Viited

Kapillaarsuse karakteristikud

-Vedeliku pind

Vedeliku pind, kapillaarina, on nõgus; see tähendab, et menisk on nõgus. Selline olukord tekib seetõttu, et torude seina lähedal veemolekulidele avalduvate jõudude tulemus on suunatud sellele.

Kõigis meniskides on kontaktnurk (θ), mis on nurk, mis moodustab kapillaaritoru seina, mis puutub kokku vedeliku pinnaga kokkupuutepunktis.

Adhesioon ja ühtekuuluvusjõud

Kui vedeliku kleepumisjõud kapillaarseinale domineerib intermolekulaarse ühtekuuluvuse jõuga, siis on nurk θ. < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Kui puhta klaasi pinnale pannakse vett, siis klaasile levib vesi nii, et θ = 0 ja cos θ = 1.

Kui molekulidevaheline ühtekuuluvusjõud domineerib kapillaari vedelik-seina adhesioonitugevuse suhtes, näiteks elavhõbedas, on menisk kumer ja nurga value väärtus on> 90º; elavhõbe ei niisutab kapillaarseina ja laseb seetõttu läbi oma siseseina.

Kui puhta klaasi pinnale asetatakse tilk elavhõbedat, säilitab tilk oma kuju ja nurk θ = 140º.

-Kõrgus

Vesi tõuseb läbi kapillaartoru, et saavutada kõrgus (h), milles veesamba mass kompenseerib molekulidevahelise ühtekuuluvuse jõu vertikaalse komponendi.

Kui rohkem vett tõuseb, siis jõuab punkt, kus gravitatsioon peatab selle tõusu, isegi kui pinna pinged töötavad teie kasuks.

Kui see juhtub, ei suuda molekulid sisemiste seinte "ronida" ja kõik füüsilised jõud võrdsustatakse. Ühest küljest on teil jõud, mis soodustavad vee tõusu ja teiselt poolt oma kaalu surudes seda alla.

Jurini seadus

Seda saab kirjutada matemaatiliselt järgmiselt:

2 π rΥcosθ = ρgπr2h

Kui võrrandi vasak pool sõltub pinna pingest, mille suurus on seotud ka ühtekuuluvuse või molekulidevaheliste jõududega; Cosθ esindab kontaktnurka ja r selle ava raadius, mille kaudu vedelik tõuseb.

Ja võrrandi paremal küljel on kõrgus h, raskusjõud g ja vedeliku tihedus; see oleks vesi.

Sel juhul on teil h

h = (2Υcosθ / ρgr)

Seda preparaati tuntakse kui Jurini seadust, mis määrab kapillaaritorus vedeliku kolonni poolt saavutatud kõrguse, kui vedeliku kolonni kaal on tasakaalustatud kapillaarsuse tõusuga..

-Pinna pinge

Vesi on dipolaarne molekul, mis on hapniku aatomi ja molekulaarse geomeetria elektronegatiivsuse tõttu. See põhjustab vee molekuli osa, kus hapnik asub, negatiivselt laetud, samas kui 2 vesinikuaatomit sisaldav veemolekuli osa on positiivselt laetud.

Vedelikus olevad molekulid toimivad tänu sellele mitme vesiniksideme kaudu, hoides neid koos. Kuid veemolekulid, mis on liidese vees: õhk (pind), on vedeliku sinuse molekulide netovõimaluse all, mida ei kompenseeri õhumolekulide nõrk atraktsioon..

Seetõttu allutatakse liidese veemolekulidele atraktiivne jõud, mis kaldub eemaldama liidesest veemolekule; see tähendab, et vesiniku sillad, mis on moodustunud alumise lohuga molekulidega, on pinnal olevad. Seega püüab pinna pinge vähendada vee pinda: õhuliides.

Seos h-ga

Kui vaatate Jurini seaduse võrrandit, leiad, et h on otseselt proportsionaalne Υ-ga; seetõttu, mida suurem on vedeliku pinge, seda suurem on kõrgus, mis võib tõusta läbi kapillaari või materjali pooride.

Seega võib eeldada, et kahe erineva pindpinevusega vedeliku A ja B puhul tõuseb kõrgeima pinna pingega kõrgem kõrgus.

Sellest punktist võib järeldada, et suur pindpinevus on kõige olulisem omadus, mis määrab vedeliku kapillaaromadused.

-Kapillaari raadius või poorsus, kus vedelik tõuseb

Juriini seaduse jälgimine näitab, et kapillaari või pooride vedelikuga saavutatud kõrgus on pöördvõrdeline sama raadiusega.

Seega, mida väiksem on raadius, seda suurem on kõrgus, mida vedel kolonn jõuab kapillaartoimega. Seda võib näha otse kujutises, kus vett võrreldakse elavhõbedaga.

Klaastorus, mille raadius on 0,05 mm, ulatub veesammas kapillaarsusega 30 cm kõrguseni. Kapillaaritorudes, mille raadius on 1 μm ja mille imemisrõhk on 1,5 x 103 hPa (mis on võrdne 1,5 atm-ga) vastab veesamba kõrguse arvutamisele 14-lt 15 m-le.

See on väga sarnane sellega, mis juhtub nendel õlgedel, mis korduvalt pöörduvad. Vedeliku imemiseks luuakse rõhuerinevus, mis põhjustab vedeliku suhu.

Kapillaarsusega saavutatud kolonni maksimaalne kõrgus on teoreetiline, kuna kapillaaride raadiust ei ole võimalik ületada teatud piirist.

Poiseuille'i seadus

See kinnitab, et tõelise vedeliku voolu annab järgmine väljend:

Q = (πr4/ 8ηl) ΔP

Kui Q on vedeliku vool, η on selle viskoossus, l toru pikkus ja ΔP rõhu erinevus.

Kapillaari raadiuse vähendamisel peaks kapillaarsusega saavutatud vedeliku kolonni kõrgus määramata ajaks suurenema. Kuid Poiseuille juhib tähelepanu sellele, et raadiuse vähendamine vähendab ka vedeliku voolu läbi selle kapillaari.

Lisaks vähendaks viskoossus, mis on tõelise vedeliku voolu vastu resistentsuse mõõt, veelgi vedeliku voolu..

-Kontaktnurk (θ)

Mida kõrgem on cosθ väärtus, seda kõrgem on veesamba kõrgus kapillaarsusega, nagu näitab Jurini seadus.

Kui θ on väike ja läheneb nullile (0), on cosθ = 1, nii et väärtus h on maksimaalne. Vastupidi, kui θ on võrdne 90º, cosθ = 0 ja väärtus h = 0.

Kui θ väärtus on suurem kui 90º, mis on kumer meniski puhul, ei tõuse vedelik kapillaarsuse tõttu ja selle kalduvus langeda (nagu elavhõbeda puhul).

Vesi kapillaarsus

Vee pindpinevuse väärtus on 72,75 N / m, suhteliselt kõrge võrreldes järgmiste vedelike pindpinevuse väärtustega:

-Atsetoon: 22,75 N / m

-Etüülalkohol: 22,75 N / m

-Heksaan: 18,43 N / m

-Metanool: 22,61 N / m.

Seetõttu on vees erakordne pinge, mis soodustab kapillaarfilmiumi teket, mis on vajalik vee ja toitainete imendumiseks taimede poolt.

Taimedel

Kapillaarsus on oluline mehhanism, et taimede ksülem tõusta mahla kasvatamiseks, kuid iseenesest ei piisa sellest, et mahl jõuaks puude lehtedeni.

Põletamine või aurustamine on oluline mehhanism, mis tõuseb taimede ksülemi poolt. Lehed kaotavad vee aurustumise teel, põhjustades veemolekulide hulga vähenemist, mis põhjustab kapillaaritorudes olevate veemolekulide ligitõmbavuse (xylem).

Vee molekulid ei tegutse üksteisest sõltumatult, vaid suhtlevad Van der Waalsi jõudude poolt, mis põhjustab taimede kapillaartorude poolt lehtede poole tõusmise..

Lisaks nendele mehhanismidele tuleb märkida, et taimed neelavad vett pinnasest osmoosiga ja et juurel tekkinud positiivne rõhk tõmbab vee tõusu algust läbi tehase kapillaaride..

Viited

  1. García Franco A. (2010). Pindnähtused. Välja otsitud andmebaasist: sc.ehu.es
  2. Pinna nähtused: pindpinevus ja kapillaarsus. [PDF] Välja otsitud andmebaasist: ugr.es
  3. Wikipedia. (2018). Kapillaarsus Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  4. Risvhan T. (s.f.) Taimede kapillaarsus. Välja otsitud andmebaasist: academia.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. detsember 2018). Kapillaarmeetmed: määratlus ja näited. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
  6. Ellen Ellis M. (2018). Vesi kapillaarmeetmed: määratlus ja näited. Uuring. Välja otsitud: study.com
  7. ScienceStrucki personal. (16. juuli 2017). Kapillaarmeetmete kontseptsiooni ja tähendust selgitavad näited. Välja otsitud: sciencestruck.com