Zjawiska kapilarne
Z Wikipedii
Zjawiska kapilarne to cały szereg zjawisk związanych z zachowaniem par i cieczy a pojawiających się dla wielu obiektów o małym wymiarze charakterystycznym (np. rurki kapilarne) i silnie zależne od tego wymiaru, przy kącie zwilżania powyżej 90 stopni. W zależności od zwilżania i średnicy rurki zjawisko może się pojawiać lub zanikać - zachodzi ono do momentu, gdy ciężar słupa wody równoważy siły kapilarne.
- Wzór na ciężar słupa wody:
-
-
- G - ciężar słupa wody
- Hk - wysokość wzniosu kapilarnego
- r - promień rurki
- ρw - gęstość wody
- g - przyciągania ziemskie
-
- Wzór na siłę napięcia powierzchniowego
-
-
- Qp - siła napięcia powierzchniowego
- r - promień rurki
- σp - napięcie powierzchniowe
-
- Po przyrównaniu obu stron równania i podstawieniu danych dla wody i rurek ze szkła kwarcowego, otrzymujemy wysokość podciągania kapilarnego:
[edytuj] Prawidłowości
Wysokość podciągnia kapilarnego określa wzór:
...gdzie:
- h - wysokość podciągania (m)
- T = napięcie powierzchniowe (J/m² lub N/m)
- θ = kąt zwilżania
- ρ = gęstość cieczy (kg/m3)
- g = przyspieszenie ziemskie(m/s²)
- r = promień rurki (m)
Dla czystej wody kontaktującej się ze szklaną rurką i powietrzem:
- .
W rurce o promieniu 1m woda podniesie się o 0,014mm, a 1mm - 14mm, a 0,1mm o 140 mm.
[edytuj] Przykłady
- Zmiana wysokości słupa cieczy - w zależności od kąta zwilżania podnoszenie lub obniżanie:
- menisk wody w rurce szklanej jest wklęsły (woda dobrze zwilża szkło) i słup cieczy jest podnoszony na wysokość zależną od jej średnicy,
- menisk rtęci w rurce szklanej jest wypukły (rtęć nie zwilża szkła) i jest obniżany w porównaniu z powierzchnią cieczy swobodnej,
- Kondensacja i histereza kapilarna - zmiana ciśnienia przy którym para cieczy ulegnie kondensacji lub ciecz odparowuje.
- Przepływ krwi przez naczynia włosowate.
- Przepływ wody w naczyniach roślin - zjawiska kapilarne umożliwiają rośnięcie drzew na wysokość większą niż 10m (bez zjawiska kapilarnego słup wody w naczyniach ulegałby przerwaniu).
- Nasiąkanie tkanin, bibuły, papieru, pieluszek itp. - ciecz utrzymywana jest pomiędzy gęsto umieszczonymi cienkimi włóknami za pomocą sił kapilarnych.
[edytuj] Kapilarność w Hydrogeologii
Pory gruntu tworzą naczynia kapilarne, w których woda podnosi się ponad zwierciadło wody podziemnej. Wysokość podnoszenia zależy bezpośrednio od frakcji gruntu (mnijesze ziarna tworzą kanaliki o mniejszej średnicy). Rozróżniamy kapilarność czynną i bierną.
- Kapilarność czynna to wysokość, na jaką woda podnosi się ponad poziom zwierciadła wody podziemnej przy podsiąkaniu od dołu
- Kapilarność bierna to wysokość, na jakiej woda utrzymuje się ponad poziomem zwierciadłą wody podziemnej przy jego obniżeniu