Капиллярное явление. Сроп Биофиз 8. Реферат По дисциплине Медицинская биофизика На тему " Капиллярное явление ". Группа

• Название: Реферат По дисциплине Медицинская биофизика На тему " Капиллярное явление ". Группа
• Анкор: Капиллярное явление
• Дата: 05.04.2022
• Размер: 122 Kb.
• Имя файла: Сроп Биофиз 8.doc
• Тип: Реферат; #445448

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахстанско-Российский медицинский университет

реферат
По дисциплине: Медицинская биофизика

На тему: “Капиллярное явление”.

Выполнил:

Группа

Проверил:.


Алматы 2022

Содержание

 

Введение

1.Капиллярное давление

2.Капиллярная пропитка

3.Капиллярные явления в природе и технике

4.Теория Юнга и Лапласа

5.Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение

6.«Опыт Плато»

7.  Явления смачивания и не смачивания. Краевой угол

ВыводСписок литературы

 

Введение

 

КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ - совокупность явлений, обусловленных действием межфазного поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред; к К. я. обычно относят явления в жидкостях, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с др. жидкостью, газом или собств. паром. К. я.- частный случай поверхностных явлений. В отсутствие силы тяжести поверхность жидкости искривлена всегда. Под воздействием поверхностного натяжения ограниченный объём жидкости стремится принять форму шара, т. е. занять объём с мин. поверхностью. Силы тяжести существенно меняют картину.

Жидкость с относительно малой вязкостью быстро принимает форму сосуда, в к-рый налита, причём её свободная поверхность (не граничащая со стенками сосуда) в случае достаточно больших масс жидкости и большой площади свободной поверхности практически плоская. Однако по мере уменьшения массы жидкости роль поверхностного натяжения становится более существенной, чем сила тяжести.

Так, напр., при дроблении жидкости в газе (или газа в жидкости) образуются капли (пузырьки) сферич. формы. Свойства систем, содержащих большое кол-во капель или пузырьков (эмульсии, жидкие аэрозоли, пены), и условия их формирования во многом определяются кривизной поверхности этих образований, то есть К. я. Большую роль К. я. играют и в зародышеобразовании при конденсации пара, кипении жидкостей, кристаллизации.

 Искривление поверхности жидкости может происходить также в результате её взаимодействия с поверхностью др. жидкости или твёрдого тела.

В этом случае существенно наличие или отсутствие смачивания жидкостью этой поверхности.

 Если имеет место смачивание, т. е. молекулы жидкости 1 (рис. 1) сильнее взаимодействуют с поверхностью твёрдого тела 3, чем с молекулами др. жидкости (или газа) 2, то под воздействием разности сил межмолекулярного взаимодействия жидкость поднимается по стенке сосуда и примыкающий к твёрдому телу участок поверхности жидкости будет искривлён.

 Гидростатич. давление, вызванное подъёмом уровня жидкости, уравновешивается капиллярным давлением - разностью давлений над и под искривлённой поверхностью, величина к-рого связана с локальной кривизной поверхности жидкости. Если сближать плоские стенки сосуда с жидкостью, то зоны искривления перекроются и образуется мениск - полностью искривлённая поверхность.

 

3

1.   Капиллярное давление.

 

Так как силы поверхностного (межфазного) натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости, искривление последней ведет к появлению составляющей, направленной внутрь объема жидкости. В результате возникает капиллярное давление, величина которого Dp связана со средним радиусом кривизны поверхности r0 уравнением Лапласа:

 

Dp = p1 - p2 = 2s12/r0, (1)

 

где p1 и p2 - давления в жидкости 1 и соседней фазе 2 (газе или жидкости), s12 - поверхностное (межфазное) натяжение.

 

Если поверхность жидкости вогнута (r0<0), давление в ней оказывается пониженным по сравнению с давлением в соседней фазе p1 < р2 и Dp < 0. Для выпуклых поверхностей (r0 > 0) знак Dp изменяется на обратный.

 

Отрицательное капиллярное давление, возникающее в случае смачивания жидкостью стенок капилляра, приводит к тому, что жидкость будет всасываться в капилляр до тех пор, пока вес столба жидкости высотой h не уравновесит перепад давления Dp. В состоянии равновесия высота капиллярного поднятия определяется формулой Жюрена:

 

 

где r1 и r2 - плотности жидкости 1 и среды 2, g - ускорение силы тяжести, r - радиус капилляра, q - краевой угол смачивания. Для несмачивающих стенки капилляра жидкостей cos q < 0, что приводит к опусканию жидкости в капилляре ниже уровня плоской поверхности (h < 0).

 

Из выражения (2) следует определение капиллярной постоянной жидкости а = [2s12/(r1 — r2)g]1/2. Она имеет размерность длины и характеризует линейный размер Z [ а, при котором становятся существенными капиллярные явления Так, для воды при 20 °С а = 0,38 см. При слабой гравитации (g : 0) значение а возрастает. На участке контакта частиц капиллярная конденсация приводит к стягиванию частиц под действием пониженного давления Dp < 0.

 

Уравнение Кельвина. Искривление поверхности жидкости приводит к изменению над ней равновесного давления пара р по сравнению с давлением насыщенного пара ps над плоской поверхностью при той же температуре Т. Эти изменения описываются уравнением Кельвина:

 

4

где  - молярный объем жидкости, R - газовая постоянная. Понижение или повышение давления пара зависит от знака кривизны поверхности: над выпуклыми поверхностями (r0 > 0) p > ps; над вогнутыми (r0 < 0) р < рs. . Так, над каплями давление пара повышено; в пузырьках, наоборот, понижено.

 

На основании уравнения Кельвина рассчитывают заполнение капилляров или пористых тел при капиллярной конденсации. Так как значения р различны для частиц разных размеров или для участков поверхности, имеющей впадины и выступы, уравнение (3) определяет и направление переноса вещества в процессе перехода системы к состоянию равновесия.

 

Это приводит, в частности, к тому, что относительно крупные капли или частицы растут за счет испарения (растворения) более мелких, а неровности поверхности некристаллические тела сглаживаются за счет растворения выступов и залечивания впадин. Заметные различия давления пара и растворимости имеют место лишь при достаточно малых r0 (для воды, например, при r0 [ 0,1 мкм). Поэтому уравнение Кельвина часто используется для характеристики состояния коллоидных систем и пористых тел и процессов в них.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  5

 

 

 

 

2.   Капиллярная пропитка.

 

 Понижение давления под вогнутыми менисками - одна из причин капиллярного перемещения жидкости в сторону менисков с меньшим радиусом кривизны. Частным случаем этого является пропитка пористых тел - самопроизвольное всасывание жидкостей в лиофильные поры и капилляры (рис. 2). Скорость v перемещения мениска в горизонтально расположенном капилляре (или в очень тонком вертикальном капилляре, когда влияние силы тяжести мало) определяется ур-нием Пуазёйля:

 

где l - длина участка впитавшейся жидкости, h - ее вязкость, Dp - перепад давления на участке l, равный капиллярному давлению мениска: Dp = — 2s12cos q/r. Если краевой угол q не зависит от скорости v, можно рассчитать количество впитавшейся жидкости за время t из соотношения:

 

l(t) = (rts12cos q/2h)l/2. (5)

 

Если q есть функция v, то l и v связаны более сложными зависимостями.

 

Уравнения (4) и (5) используют для расчетов скорости пропитки при обработке древесины антисептиками, крашении тканей, нанесении катализаторов на пористые носители, выщелачивании и диффузионном извлечении ценных компонентов горных пород и др. Для ускорения пропитки часто используют ПАВ, улучшающие смачивание за счет уменьшения краевого угла q. Один из вариантов капиллярной пропитки - вытеснение из пористой среды одной жидкости другой, не смешивающейся с первой и лучше смачивающей поверхность пор. На этом основаны, например, методы извлечения остаточной нефти из пластов водными растворами ПАВ, методы ртутной порометрии. Капиллярное впитывание в поры растворов и вытеснение из пор несмешивающихся жидкостей, сопровождающиеся адсорбцией и диффузией компонентов, рассматриваются физико-химической гидродинамикой.

 

Помимо описанных равновесных состояний жидкости и ее движения в порах и капиллярах, к капиллярные явления относят также равновесные состояния очень малых объемов жидкости, в частности тонких слоев и пленок. Эти капиллярные явления часто называют капиллярные явления II рода. Для них характерны, например, зависимость поверхностного натяжения жидкости от радиуса капель и линейное натяжение.

 

  6

 

 

3.   Капиллярные явления в природе и технике

 

Капиллярные явления чрезвычайно распространены в природе, технике и быту:

• проникновение питательных веществ из почвы в растения;

• подъем влаги из глубоких слоев почвы;

• строительная практика;

• применение полотенец, салфеток, марли и тому подобное.

 

Питание растений обусловлено всасыванием из почвы влаги и питательных веществ, что возможно благодаря наличию капилляров в корневой системе и стеблях растения.

 

Учета капиллярности необходимо при обработке почвы. Например, для того чтобы происходило более интенсивное испарение влаги из почвы, необходимо уплотнять его. В этом случае в почве образуются капилляры и влага поднимается по ним вверх и испаряется. Чтобы уменьшить испарение, почву рыхлят, разрушая при этом капилляры, и влага дольше остается в почве.

 

Тела, имеющие большое количество капилляров, хорошо впитывают влагу. Благодаря этому во время вытирания рук полотенце впитывает в себя воду, керосин или расплавленный стеарин поднимаются по фитиля лампы или свечи.

В быту капиллярные явления используют при самых разнообразных обстоятельствах. Прикладывая промокательную бумагу, удаляют излишек чернил с письма, хлопчатобумажной или льняной тряпкой вытирают мокрые места на столе или на полу. Применение полотенец, салфеток возможно только благодаря наличию в них капилляров. Поднятие керосина или расплавленного стеарина по фитилям ламп и свечей обусловлено наличием в фитилях капиллярных каналов. В технике как один из способов подвода смазки к деталям машин применяют иногда фитильный способ подачи масла.

 

В строительном деле приходится учитывать подъем влаги из почвы по порам строительных материалов. Из-за этого отсыревают стены зданий. Для защиты фундамента и стен от воздействия грунтовых вод и сырости применяют гидроизоляцию, покрывая фундамент горячим (жидким) битумом или обкладывая водонепроницаемым рулонным материалом (толь или рубероид).

 

7


                       4.Теория Юнга и Лапласа

 

Если стеклянная трубка, столь же узкая внутри, как волос (лат. capillus), погру­жа­ется в воду, то жидкость поднимается внутри трубки до высоты боль­шей, чем снаружи. Эффект не мал: высота поднятия около 3 см в трубке с кана­лом в 1 мм. Это кажущееся нарушение законов гидростатики (открытке кото­рых было достижением науки XVII в.) вызвало на пороге XVIII в. возрастаю­щий ин­терес к капиллярным яв­лениям. Интерес был двояким. Во-первых, хоте­лось ви­деть, можно ли охарактеризо­вать поверхности жидкостей и твердых тел некото­рым простым механическим свой­ством, таким, как со­стояние натяжения, кото­рое могло бы объяснить наблюдаемые явления. Следовало объяснить, на­при­мер, почему вода в трубке поднимается, тогда как ртуть опускается; почему поднятие воды между параллельными пластинами вдвое меньше, чем в трубке с диаметром, равным расстоянию между пластинами; почему поднятие обратно пропор­ционально этому диаметру. Вторая причина инте­реса происходила из понимания того, что наблюдались эффекты, которые должны возникать в ре­зультате действия сил ме­жду частицами вещества, и что изучение этих эффек­тов, следовательно, должно дать какие-то сведения о таких силах и, возможно, о самих частицах.

 

До появления теорий Юнга и Лапласа.

Первооткрывателем капиллярных явлений считается Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci). Однако первые аккуратные наблюдения капиллярных яв­лений на трубках и стеклянных пластинках были проделаны Фрэнсисом Хокс­би в 1709 году).

 

То, то вещество не является бесконечно делимым и имеет атомную или моле­ку­лярную структуру, было рабочей гипотезой для большинства ученых на­чиная с XVIII в. К концу XIX в., когда группа физиков, сторонников позити­ви­стской фило­софии, ука­зала, каким непрямым являлось доказательство суще­ст­вования атомов, на их заявление последовала лишь незначительная реакция, и в итоге их возражения не были опроверг­нуты до начала этого столетия. Если в ретроспективе к сомнения ка­жутся нам неосно­вательными, мы должны пом­нить, что почти все, кто тогда верил в существование ато­мов, верили также твердо в материальное существование электро­магнитного эфира, а в первой по­ловине XIX в. — часто и теплорода. Тем не менее ученые, внесшие наиболь­ший вклад в теорию газов и жидкостей, использовали предположение (обычно в яв­ной форме) о дискретной структуре вещества. Элемен­тарные частицы мате­рии называли атомами, или молекулами (например, Лаплас), или просто части­цами (Юнг), но мы бу­дем следовать современным понятиям и упот­реблять слово «молекула» для элементар­ных частиц, составляющих газ, жид­кость или твердое тело.

  8

В начале XIX в. силы, которые могли бы существовать между молекулами, были так же не ясны, как и сами частицы. Единственной силой, в отношении кото­рой не было сомнения, была ньютоновская гравитация. Она действует ме­жду небес­ными те­лами и, очевидно, между одним таким телом (Землей) и дру­гим (например, яблоком), имеющим лабораторную массу; Кавендиш незадолго до этого показал, что она дейст­вует и между двумя лабораторными массами, а потому предполагалось, что она дейст­вует также между молекулами. В ранних работах по жидкостям можно найти массы молекул и плотности масс, входя­щие в уравнения, в которых мы теперь должны писать числа молекул и плотно­сти чисел молекул. В чистой жидкости все молекулы имеют одинаковую массу, так что это различие не играет роли. Но еще до 1800 г. было ясно, что понятия о гравитационных силах недостаточно для объясне­ния капиллярных явле­ний и других свойств жидкостей. Поднятие жидкости в стек­лянной трубке не зависит от толщины стекла (по данным Хоксби , 1709 г.), и, таким образом, только си­лы со стороны молекул в поверхностном слое стекла действуют на молекулы в жидкости. Гравитационные же силы лишь обратно пропорциональны квадрату расстояния и, как было известно, действуют свободно через промежуточ­ное ве­щество.

 

Природа межмолекулярных сил, отличных от сил тяготения, была весьма неяс­ной, но в измышлениях не было недостатка. Священник-иезуит Роджер Боскович (Ruggero Giuseppe Boscovich) полагал, что молекулы отталкиваются на очень малых расстояниях, притягиваются при несколько больших расстоя­ниях и затем по мере увеличения рас­стояния демонстрируют попеременно от­талкива­ние и притяжение со все уменьшаю­щейся величиной. Его идеи в сле­дующем столетии оказали влияние как на Фарадея, так и на Кельвина, но были слишком сложными, чтобы оказаться непосредственно полез­ными для тех, кто занимался теорией капиллярности. По­след­ние благоразумно доволь­ствовались простыми гипотезами.

 

Куинк (G.H. Quincke) поставил эксперименты по определению наибольше­го рас­стояния, на котором действие межмолекулярных сил ощутимо. Он полу­чил, что для различных веществ эти расстояния составляют 1/20000 часть миллиметра, т.е. 5·10–6 см (данные приведены согласно).

 

Джеймс Джурин показал, что высота, на которую поднима­ется жидкость, опре­де­ляется верхней частью трубки, которая находится над жидкостью, и не зависит от формы нижней части трубки. Он считал, что подня­тие жидкости происходит благо­даря притяжению со стороны внутренней ци­линдрической по­верх­ности трубки, к которой примыкает верхняя поверхность жидкости. Исходя из этого, он показал, что поднятие жидкости в трубках из одинакового вещества обратно про­порционально их внутрен­нему радиусу.

  9

Клеро был одним из первых, кто показал необхо­ди­мость принятия во вни­мание притяжения между частицами самой жидкости для объяснения капилляр­ных явлений. Он, однако, не признавал, что рас­стояния, на которых дейст­вуют эти силы, не­ощу­тимо малы.

 

В 1751 г. фон Сегнер ввел важную идею по­верхно­стного натяжения по анало­гии с механическим натяжением мембраны в теории уп­ругости. Сего­дня понятие поверх­ностного натяжения является зау­рядным, с него обычно на­чинают изучение капилляр­ных сил и поверхностных явлений в учебных заведе­ниях.

 

Эта идея стала ключевой в дальнейшем развитии теории. Собственно, тем са­мым был сделан первый шаг в изучении явления — введено феноменологиче­ское понятие, описывающее макроскопическое поведение системы. Второй шаг — это вывод феноме­нологических понятий и вычисление значений величин, ис­ходя из мо­лекулярной тео­рии. Этот шаг имеет огромную важность, так как яв­ляется проверкой правильности той или иной молекулярной теории.

 

В 1802 г. Джон Лесли привел первое корректное объяснение подъ­ема жидкости в трубке, рассматривая притяжение между твердым телом и тонким слоем жидкости на его поверхности. Он, в отличие от большинства преды­дущих исследователей, не предполагал, что сила этого притяжения на­правлена вверх (непосредственно для под­держания жидкости). Напротив, он показал, что притяже­ние всюду нормально к по­верхности твердого тела.

 

Прямой эффект притяжения — увеличение давления в слое жидкости, на­ходя­щемся в контакте с твердым телом, так, что давление становится выше, чем внутри жидкости. Результатом этого является то, что слой стремится "растечься” по по­верх­ности твердого тела, останавливаемый лишь силами гра­витации. Таким обра­зом, стек­лянная трубка, погруженная в воду, смачивается водой всюду, куда та "смогла до­ползти”. Поднимаясь, жидкость образует столб, вес которого в конце концов уравно­вешивает силу, порождающую рас­текание жидкости.

 

 

 

 

 

            

10
5.Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение

 

Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти  вплотную друг к другу. В отличие  от твердых кристаллических тел, в которых молекулы образуют упорядоченные  структуры во всем объеме кристалла  и могут совершать тепловые колебания  около фиксированных центров, молекулы жидкости обладают большей свободой. Каждая молекула жидкости, также как  и в твердом теле, «зажата» со всех сторон соседними молекулами и  совершает тепловые колебания около  некоторого положения равновесия. Однако, время от времени любая молекула может переместиться в соседнее вакантное место. Такие перескоки в жидкостях происходят довольно часто; поэтому молекулы не привязаны к определенным центрам, как в кристаллах и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей. Из-за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком (рис. 1).

 

 

Пример ближнего порядка  молекул жидкости и дальнего порядка  молекул кристаллического вещества: 1 – вода; 2 – лед

Вследствие плотной упаковки молекул сжимаемость жидкостей, т.е. изменение объема при изменении  давления, очень мала; она в десятки  и сотни тысяч раз меньше, чем  в газах.

 

Жидкости, как и твердые  тела, изменяют свой объем при изменении  температуры. Для не очень больших  интервалов температур относительное  изменение объема ΔV / V0 пропорционально изменению температуры ΔT

 

Коэффициент β называют температурным коэффициентом объемного расширения Тепловое расширение воды имеет интересную и важную для жизни на Земле аномалию. При температуре ниже 4°С вода расширяется. Максимум плотности ρв = 103 кг/м3 вода имеет при температуре 4°С.

 

При замерзании вода расширяется, поэтому лед остается плавать  на поверхности замерзающего водоема. Температура замерзающей воды подо льдом равна 0°С. В более плотных  слоях воды у дна водоема температура  оказывается порядка 4°С. Благодаря этому может существовать жизнь в воде замерзающих водоемов.

 

Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной  поверхности. Жидкость, в отличие  от газов, не заполняет весь объем  сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или  паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Молекулы в пограничном  слое жидкости, в отличие от молекул  в ее глубине, окружены другими молекулами той же жидкости не со всех сторон. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие  на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем  взаимно скомпенсированы. Любая  молекула в пограничном слое притягивается  молекулами, находящимися внутри жидкости (силами, действующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа (или пара) можно пренебречь). В  результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости (рис. 1)

 

Если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы  вытащить некоторое количество молекул  из глубины жидкости на поверхность (т.е. увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил ΔAвнеш, пропорциональную изменению ΔS площади поверхности:

ΔAвнеш = σΔS.

 

Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного натяжения (σ > 0). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.

 

В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях  на метр квадратный (Дж/м2) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м2).

 

Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная  энергия Ep поверхности жидкости пропорциональна ее площади:

Ep = Aвнеш = σS

 

Из механики известно, что  равновесным состояниям системы  соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля  жидкости принимает шарообразную форму.

 

Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к  ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти  силы называются силами поверхностного натяжения.

 

11
Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие  силы в пленке зависят от площади  ее поверхности (т.е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади  поверхности жидкости.

 

Так как всякая система  самопроизвольно переходит в  состояние, при котором ее потенциальная  энергия минимальна, то жидкость должна самопроизвольно переходить в такое  состояние, при котором площадь  ее свободной поверхности имеет  наименьшую величину. Это можно показать с помощью следующего опыта.

 

                                               

 

 

 

На проволоке, изогнутой  в виде буквы П, укрепляют подвижную поперечину / (рис. 3). Полученную таким образом рамку затягивают мыльной пленкой, опуская рамку в мыльный раствор. После вынимания рамки из раствора поперечина / перемещается вверх, т.е. молекулярные силы действительно уменьшают площадь свободной поверхности жидкости.

 

Поскольку при одном и  том же объеме наименьшая площадь  поверхности имеется у шара, жидкость в состоянии невесомости принимает  форму шара. По этой же причине маленькие  капли жидкости имеют шарообразную форму. Форма мыльных пленок на различных  каркасах всегда соответствует наименьшей площади свободной поверхности  жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       12
     6.«Опыт Плато»

 

 

 

Мы привыкли думать, что  жидкости не имеют никакой собственной  формы. Это неверно. Естественная форма  всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать  эту форму, и жидкость либо растекается  тонким слоем, если сосуда нет, либо же принимает форму сосуда. Находясь внутри другой жидкости такой же плотности, жидкость принимает естественную, шарообразную форму.

 

Оливковое масло всплывает  в воде, но тонет в спирте. Можно  приготовить такую смесь воды и спирта, в которой масло будет  находиться в равновесии.

 

 Введём с  помощью стеклянной трубки или шприца в эту смесь немного оливкового масла: масло соберётся в одну шарообразную каплю, которая будет  висеть неподвижно в жидкости.

 

 Если пропустить через центр масляного  шара проволоку и вращать её, то масляный шар начинает сплющиваться, а затем, через несколько секунд, от него отделяется кольцо из маленьких  шарообразных капелек масла. Этот опыт впервые произвел бельгийский физик  Плато.

 

В гигантских масштабах такое  явление можно наблюдать у  нашей звезды Солнца и планет-гигантов. Вращаются эти небесные тела вокруг своей оси очень быстро. В результате такого вращения тела очень сильно сжаты у полюсов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  13

      

7.  Явления смачивания и не смачивания. Краевой угол

 

Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем  вынуть ее, то ртути на ней не окажется. Если же эту палочку опустить в  воду, то после вытаскивания на ее конце  останется капля воды. Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются  друг к другу сильнее, чем к  молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.

 

Если молекулы жидкости притягиваются  друг к другу слабее, чем к молекулам  твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей  это вещество. Ртуть не смачивает  стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.

 

Расположим горизонтально  плоскую пластинку из какого-либо твердого вещества и капнем на нее  исследуемую жидкость. Тогда капля  расположится либо так, как показано на рис. 5 (а), либо так, как показано на рис. 5 (б).

 

В первом случае жидкость смачивает  твердое вещество, а во втором –  нет. Отмеченный на рис. 5 угол θ называют краевым углом. Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих – тупой. Чтобы действие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.

 

Поскольку краевой угол θ  сохраняется при вертикальном положении  твердой поверхности, то смачивающая  жидкость у краев сосуда, в который  она налита, приподнимается, а несмачивающая жидкость опускается

 

При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1.

 

Капиллярность (от лат. capillaris – волосяной), движение жидкости по узкому отверстию, вызванное поверхностным натяжением между жидкостью и окружающим ее материалом. Чаще всего это явление наблюдается в вертикально поставленных узких стеклянных трубках, так называемых капиллярных трубках, но может происходить и по другим направлениям, как, например, при впитывании воды губкой или промокательной бумагой.

  14
Капиллярность. Сцепление между жидкостью и твердым телом приводит к тому, что поверхность жидкости в месте контакта изгибается под определенным углом. Вода изгибается вверх при контакте со стеклом, сила сцепления действует на поверхность воды и вызывает ее подъем. Подъемная сила пропорциональна окружности поверхности воды; в узкой трубке эта сила достигает достаточной величины, чтобы столбик воды начал подниматься.

 

 

Капиллярный эффект – физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т.п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке.

 

Благодаря капиллярности  возможны жизнедеятельность животных и растений, различные химические процессы, бытовые явления (например, подъём керосина по фитилю в керосиновой  лампе, вытирание рук полотенцем). Капиллярность почвы определяется скоростью, с которой вода поднимается  в почве и зависит от размера  промежутков между почвенными частицами.

 

Капиллярами называются тонкие трубки, а также самые тонкие сосуды в организме человека и других животных.

 

Области применения

 

Капиллярный эффект используется в неразрушающем контроле (капиллярный  контроль или контроль проникающими веществами) для выявления дефектов, имеющих выход на поверхность  контролируемого изделия. Позволяет  выявлять трещины с раскрытием от 1 мкм, которые не видны невооруженным  глазом.

 

5. Мени́ск (от греч. μενικος – полумесяц) – искривлённая свободная поверхность жидкости в месте её соприкосновения с поверхностью твёрдого тела. Образуется у стенок сосудов, в каналах-порах губчатых тел, пропитанных жидкостью, и т.д.

 

 

 

 

                    

                               15
Вывод

 

При изучении природных явлений, поведения животных и человека можно найти много практических и интересных явлений.

В своей исследовательской работе мы рассмотрели только несколько. Эта тема очень большая и значительная, интерес к ней всегда огромен и, конечно, за один проект познать её невозможно.

 

Поэтому мы предлагаем вам обратиться к книгам, в которых вы можете найти ответы хотя бы на некоторые свои вопросы.

 

В процессе своей исследовательской деятельности мы поняли, что явления смачивания и не смачивания, капиллярные явления широко распространены как в повседневной деятельности, так и в природе, знания в этой области находят широкое применение в технике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      Список литературы

 

 

1.Адам Н. К., Физика и химия поверхностей, пер. с англ., М., 1947;

 

2.Громека И. О., Собр. соч., М., 1952.

 

3.http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/103/427.htm – Смачивание

 

4.Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. - М.: Просвещение, 1988.

 

5. Энциклопедия для детей «Аванта+». Биология. - М., 2002.

 

6. Перельман Я.И. Занимательная физика: Книга 1. - М.: Наука, 1979.

 

7. Тарасов Л.В. Физика в природе - М.:Мир

 

8. Мещеряков Н.Ф., Флотационные машины, М., 1972;

 

9. Глембоцкий В.А., Классен В.И., Флотация, М., 1973;

 

10. Справочник по обогащению руд, М., 1974.