Капиллярные явления

Наблюдаются в содержащих жидкость узких сосудах (капилляры, капиллярно-пористые тела), у которых расстояние между стенками капилляра соизмеримо с радиусом кривизны поверхности жидкости

Кривизна возникает в результате взаимодействия жидкости со стенками сосуда адгезия, смачивание). Специфика поведения жидкости зависит от того, смачивает или не смачивает она стенки сосуда.

Рассмотрим положение уровней жидкости в двух капиллярах, один из которых имеет лиофильную поверхность (а), другой — лиофобную (б).

а б

h₁>0

h₂<0

Рис. 2.31. Положение уровней жидкости в капиллярах

а - поверхность жидкой фазы имеет «—» кривизну, ∆р стремится растянуть жидкость и поднимает ее в капилляре до тех пор, пока капиллярное давление не уравновесится с гидростатическим давлением столба жидкости.

б - кривизна в этом случае «+»,∆р направлена внутрь фазы, жидкость опускается.

При равновесии: ∆р=2σ/r = (ρ — ρ_о) gh (2.105)

Чтобы высоту капиллярного поднятия связать с характеристикой смачивания поверхности, радиус мениска r выражают через угол смачивания θ и радиус капилляра r_о: r_о = r cosθ / (2.106)

r

r_о θ

Высота капиллярного поднятия описывается формулой Жюрена^(*), которая лежит в основе наиболее точного метода определения поверхностного натяжения. Чем лучше смачивает жидкость стенки капилляра (угол θ →0), тем больше высота поднятия жидкости:

Капиллярным поднятием жидкости объясняется ряд известных явлений: пропитка бумаги, тканей, водонепроницамость тканей обеспечивается гидрофобностью — отрицательным поднятием, подъем воды из почвы по стволам растений из-за волокнистого строения древесины, процессы кровообращения в кровеносных сосудах.

По тонким капиллярам жидкость способна подниматься на огромную высоту. Так, в капиллярах радиусом 0,1 мкм вода способна достичь отметки 150 м.

Капиллярное поднятие грунтовых вод в почвах даёт жизнь растительности нашей планеты Земля. Многие агротехнические работы (боронование, пахота и т.п.) ставят одной из своих целей разрушение почвенных капилляров и тем самым предотвращение потери почвой влаги.