Капилляры

Можно взять такой узкий сосуд (трубка или узкая щель), что искривлённой оказывается вся поверхность жидкости (плоской поверхности нет). Если расстояние между стенками сосуда сравнимо с радиусом кривизны поверхности жидкости, то такие сосуды называются капиллярами, а происходящие в них явления – капиллярными явлениями.

Используем формулу Лапласа для расчёта высоты поднятия жидкости в цилиндрическом капилляре радиусом r (рис. 58).

Если жидкость смачивает капилляр, то образуется вогнутый мениск радиусом R. Из рис. 58 следует, что радиусы r и R связаны формулой r = R cos Q, где Q - краевой угол жидкости.

Силы давления D р направлены к центру кривизны, т.е. вверх, и жидкость поднимается до высоты h, на которой давление Лапласа уравновешивается гидростатическим давлением:

, , . (87)

Для полного смачивания (Q = 0, cos Q = 1) получаем:

R= r, .

Если жидкость не смачивает капилляр (рис. 59), мениск будет выпуклый, центр кривизны находится внутри жидкости, силы давления Лапласа направлены вниз. Глубину опускания жидкости («отрицательную высоту») находят по тем же формулам. Знак «минус» перед высотой h появляется автоматически, так как косинус тупого угла – отрицателен. Для полного несмачивания Q = p.

Если рассматривать рис. 58 как вид поверхности жидкости между двумя параллельными пластинками, находящимися друг от друга на расстоянии d, то аналогично можно получить формулу для расчёта высоты поднятия жидкости между ними: