Капиллярные явления. Если поместить узкую трубку(капилляр)одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра

Если поместить узкую трубку(капилляр)одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра кривизна поверхности жидкости в капилляре становится значительной. Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри ее поверхность жидкости мениск имеет вогнутую форму, если не смачивает – выпуклую.

Под вогнутой поверхностью жидкости появится отрицательное избыточное давление, определяемое по выше приведенной формуле. Наличие этого давления приводит к тому, что жидкость в капилляре поднимается, так как под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет. Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то положительное избыточное давление приведет к опусканию жидкости в капилляре. Явление изменения высоты уровня жидкости в капиллярах называется капиллярностью. Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой давление столба жидкости (гидростатическое давление) ρgh уравновешивается избыточным давлением Δ p, т.е.

2 σ/R=ρgh, (10.6)

где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения

Если r - радиус капилляра, θ — краевой угол, то из рис.10.3 следует, что (2 σ cos θ)/ r = ρgh, откуда

h= (2 σ cos θ) / (ρgr). (10.7)

В соответствии с тем, что смачивающая жидкость по капилляру поднимается, а несмачивающая – опускается, из последней формулы при θ <π/2 (cos θ >0) получим положительные значения h, а при θ > π/2

Рис.10.3. (cosθ<0) - отрицательные. Из этого выражения видно также, что высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу.

В тонких капиллярах жидкость поднимается достаточно высоко. Так, при полном смачивании (θ =0) вода (ρ=1000 кг/м³, σ =0,073 Н/м) в капилляре диаметром 10 мкм поднимается на высоту h =3м.

Капиллярные явления играют большую роль в технике, в частности, в строительстве. Например, влагообмен в почве и пористых строительных материалах осуществляется за счет поднятия воды по тончайшим капиллярам. Поэтому важно принять специальные меры по гидроизоляции строительных конструкций в местах с высоким стоянием грунтовых вод. На капиллярности основано впитывание влаги деревянными элементами, поэтому их предварительно пропитывают влагостойкими жидкостями (олифа, эпоксидные смолы, продукты нефтепереработки), покрывают красками и лаками.