Объясните капиллярные явления в жидкостях.

Если размеры сосуда, в котором находится жидкость, или, в более общем случае, если расстояние между поверхностями, ограничивающими жидкость, сравнимы с радиусом кривизны поверхности жидкости, то такие сосуды называются капиллярными. Явления, происходящие в таких сосудах, называются капиллярными явлениями.

Если капилляр погрузить одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то под искривленной поверхностью в капилляре давление будет отличаться от давления под плоской поверхностью в широком сосуде на величину, определяемую формулой Лапласа: , (4)

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхности жидкости в двух взаимно перпендикулярных сечениях. Полусумма

называется средней кривизной поверхности в данной точке. Для всех форм поверхности, которые могут образоваться у жидкости, средняя кривизна остаётся постоянной для любой пары нормальных взаимно перпендикулярных сечений поверхности в данной точке. Поэтому эти сечения выбирают из соображений удобства. Для сферической поверхности R₁ = R₂ = R, где R – радиус сферы, поэтому для круглого капилляра формула (4) примет вид:

. (4а)

При смачивании стенок капилляра уровень жидкости в сферической поверхности будет выше, чем в сосуде, при несмачивании – ниже.

Какие сосуды можно считать капиллярными? Чем объясняется высота поднятия жид в капилляре?

Если размеры сосуда, в котором находится жидкость, или, в более общем случае, если расстояние между поверхностями, ограничивающими жидкость, сравнимы с радиусом кривизны поверхности жидкости, то такие сосуды называются капиллярными. Явления, происходящие в таких сосудах, называются капиллярными явлениями.

При смачивании стенок капилляра уровень жидкости в сферической поверхности будет выше, чем в сосуде, при несмачивании – ниже. Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках получило название капиллярности. Между жидкостью в круглом капилляре и широком сосуде устанавливается такая разность уровней h, чтобы гидростатическое давление ρgh уравновешивало капиллярное давление ∆р:

, (5)

где r - плотность жидкости, a - коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость - газ.

Радиус кривизны мениска R можно выразить через радиус капилляра r и краевой угол q. Как видно из рис.3, . Тогда

.

Для высоты h подъёма жидкости в капилляре имеем: .

Высота подъема жидкости в капилляре (капиллярный подъем) растет с уменьшением радиуса капилляра и с увеличением коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Рассказать о методе компенсации давлений в Лаб № 9. Какие давления компенсируют друг друга, и чем они вызваны?

Измерение высоты столба жидкости в капилляре требует использования высокоточных приборов. Поэтому в данной работе это измерение заменяется измерением избыточного капиллярного давления Δр. Применяется метод компенсации добавочного давления.

Для измерения давления используется микроманометр многопредельный с наклонной трубкой типа ММН. Если опустить в сосуд с исследуемой жидкостью капиллярную трубку, то в случае смачивания стенок трубки этой жидкостью последняя поднимается в капилляре на некоторую высоту вследствие возникновения добавочного давления (в данном случае отрицательного). Добавочное капиллярное давление для круглого капилляра в случае полного смачивания определяется формулой . Если тем или иным способом увеличить внешнее давление над поверхностью жидкости в капилляре, то можно добиться, чтобы уровни жидкости в капилляре и широком сосуде сравнялись. Очевидно, что при этом избыточное внешнее давление равно добавочному давлению, определяемому формулой . Следовательно, компенсируя добавочное давление, мы получим возможность измерить его и определить коэффициент поверхностного натяжения. Если внешнее давление измеряется микроманометром, то Dp_вн= 9,804×k×n где n - длина столба спирта в измерительной трубке микроманометра в делениях (мм), k - коэффициент наклона измерительной трубки. Из и

Dp_вн=9,804×k×n получим:

.