Kapilarita - Škola fyziky
Rodokmeň Mliečnej dráhy
Plne integrovaná kontrola nanodiamantov
Trochu bližšie k slnku
Čo žiari hviezdy
Jednosmerná ulica pre elektróny
Stovky výtlačkov Newtonovej knihy Philosophiae Naturalis Principia Mathematica nájdené v novom počte
Naša slnečná sústava sa sformovala za menej ako 200 000 rokov
kapilarita
kapilarita alebo Kapilárny efekt (lat. capillaris, Čo sa týka vlasov) je správanie tekutín, ktoré prichádzajú do kontaktu s kapilárami, napr. B. úzke trubice, štrbiny alebo dutiny v pevných látkach. Tieto účinky sú spôsobené povrchovým napätím samotných kvapalín a medzipovrchovým napätím medzi kvapalinami a pevným povrchom. Príkladom je malá sklenená trubica ponorená do vody, v ktorej voda v úzkej sklenenej trubici trochu stúpa proti gravitačnej sile.
Účinky
The Kapilárny vzostup nastáva pri tekutinách, ktoré zvlhčujú materiál kapiláry, ako je voda na skle alebo na papierových vláknach. Voda stúpa v sklenenej trubici a vytvára jednu konkávne Povrch (meniskus). Toto správanie je spôsobené silou adhézie (silou pôsobiacou medzi dvoma látkami).
The Kapilárna depresia nastane, keď kvapalina nezmáča materiál povrchu nádoby. Príkladom je ortuť na skle alebo voda na skle s mastným povrchom. Takéto kvapaliny majú v trubici nižšiu hladinu ako v okolí a konvexný povrch.
Do určitého minimálneho priemeru, čím menší je priemer kapilár, tým väčší je kapilárny tlak a stúpanie, pozri vzorec a tabuľka nižšie.
Utierka má veľkú nasiakavosť, ak sa jej štruktúra nezrúti pod kapilárnym tlakom.
V trubici kvapalina stúpa v dôsledku adhéznych síl na stenu trubice, a teda iba na jej koniec, a to aj napriek tomu, že kapilarita umožňovala väčšiu výšku stúpania.
V zúženej trubici poháňa povrchové napätie kvapalný film smerom k menšiemu priemeru, čo v prípade pipety podporuje vyprázdňovanie.
Hrubozrnná vrstva, ktorá štiepi kapiláry, bráni vzlínaniu vlhkosti v budovách alebo škodám na povrchu vozovky mrazom.
Vzorec (kapilárna rovnica)
Výška stúpania H stĺpec kvapaliny je daný:
$ \ sigma $ = Povrchové napätie θ = Kontaktný uhol ρ = Hustota kvapaliny G = Zrýchlenie v dôsledku gravitácie r = Polomer trubice
Pre sklenenú trubicu naplnenú vodou, ktorá je otvorená pre vzduch na úrovni hladiny mora (1 013,25 hPa):
$ \ sigma $ = 0,0728 J/m² pri 20 ° C θ = 20 ° = 0,35 rad ρ = 1 000 kg/m³ G = 9,81 m/s²
nasledujúce výsledky pre výšku stúpania:
$ h \ cca \ frac4 \ cdot 10 ^ \ mathrm ^> $
| 1 m | 0,014 mm |
| 10 centimetrov | 0,14 mm |
| 1 cm | 1,4 mm |
| 1 mm | 14 mm |
| 0,1 mm | 14 cm |
| 0,01 mm | 1,4 m |
Washburnova rovnica popisuje kapilárne toky v pórovitých materiáloch bez zváženia gravitácie.
Molekulárna úvaha
V zásade je účinok kapilarity založený na molekulárnych silách, ktoré sa vyskytujú v látke (kohézne sily) a na rozhraní medzi kvapalinou, pevnou látkou (stena nádoby) a plynom (napríklad vzduchom) (adhézne sily). Kapilárny efekt má často význam aj pre povrchové napätie.
Vo vnútri tela sa sily pôsobiace na konkrétnu molekulu z jej prostredia navzájom rušia. Na okrajoch však vzniká výsledná sila, ktorá je v závislosti od materiálu smerovaná buď do alebo z kvapaliny. Ak je účinok steny cievy proti súdržným silám v kvapaline malý, potom výsledná sila smeruje do vnútra kvapaliny. Jeho povrch je v mieste dotyku so stenou zakrivený nadol a nezmáča stenu nádoby (napr. Ortuť v sklenenej nádobe). Ak je však účinok steny nádoby proti kohéznym silám v kvapaline veľký, potom výsledná sila smeruje do steny nádoby a kvapalina je na okraji ohnutá smerom nahor. Kvapalina zmáča stenu (napr. Voda alebo ropa v sklenenej nádobe).
Praktické aplikácie
Atramentové pero: Príkladom aplikácie je plniace pero alebo plniace pero alebo jeho hrot. Spravidla má do polovice svojej dĺžky malý okrúhly otvor, v ktorom sa zhromažďuje atrament, aby sa odtiaľ mohol transportovať kapilárnou cestou cez veľmi jemnú štrbinu až po koniec.
Papier: Na zvlhčujúci povrch nie je možné písať tekutým atramentom. Preto je písanie na sklo plniacim perom sotva možné, pretože atrament nenavlhčí povrch skla, a preto sa ho nepriľne. Atrament sa môže prilepiť na zvlhčovacie médiá, napríklad na papier. Papier tiež absorbuje atrament pomocou kapilárneho efektu, je dokonca možné písať aj obrátene.
Rastliny: V stromoch a iných rastlinách je voda absorbovaná koreňmi a potom transportovaná do koruny, kde sa odparuje z prieduchov listov (alebo ihiel) alebo je potrebná na fotosyntézu. Pri transporte proti gravitácii pôsobí odparovanie v hornej časti rastliny ako nasávanie (potenie), kohézne sily vody v rastline zabraňujú odtrhnutiu toku kvapaliny a kapilárny účinok s osmotickým účinkom (tlak koreňa) podporuje výstup. [1] Podľa nových poznatkov môžu stromy dosiahnuť maximálnu výšku 130 metrov, pretože osmotický tlak spolu s kapilárnymi silami už nestačí na prekonanie gravitácie. [2]
Chémia: Pri papierovej chromatografii sa kapilárny efekt využíva v tom, že sa roztok nakvapká na špeciálny papier a stúpa na ňom, pričom sa spolu s ním nesú aj zložky roztoku. Vďaka rôznym rozstupom je možné látky oddeliť.
Liek: Aby ste mohli odčerpať malé množstvo krvi, môžete urobiť malú prepichnutie v cievach na prstoch alebo ušnom lalôčiku a držať tenkú odberovú trubicu, v ktorej krv stúpa v dôsledku kapilárneho účinku a môže sa tak odobrať.
Textil: Podobný sací efekt ako pri papieri je možné pozorovať aj pri čistení handier alebo textílií. To isté platí pre špongie. Pre papier, čistiace handry a špongie platí: čím väčší je vnútorný povrch (na objem), tým väčší je sací efekt.
Spájkovanie: Rovnaký efekt nastáva aj pri spájkovaní: tekutá spájka preteká kapilárnym pôsobením, napríklad do medzery v medených rúrkových tvarovkách. Na odpájanie elektronických komponentov z dosiek plošných spojov sa často používa drôtené pletivo, odspájkovacie opletenie.
Kvalita výsledku spájkovania je okamžite rozpoznateľná podľa tvaru spájkovacieho kužeľa. Toto by nemalo konkávne a zužuje sa plocho na doske, je to s najväčšou pravdepodobnosťou studený spájkovací spoj. Kvôli kapilarite je tiež možné spájkovanie „nad hlavou“.
Konštrukcia: V domoch a stavbách bez vhodných ochranných opatrení možno často pozorovať kapilárny efekt v murive - tu je to však nežiaduce, pretože použité stavebné materiály umožňujú, aby vlhkosť stúpala v rôznej miere proti gravitácii (väčšinou zo zeme v priamom kontakte so zemou), v závislosti od obsahu pórov. Tepelná vodivosť stavebného materiálu sa zvyšuje so zvyšovaním absorpcie vlhkosti, takže sa zvyšujú tepelné straty budovy. Napríklad steny z tehál (ľahko spálené), pórobetónu (tzv. „Pórobetón“) a vápennopieskových tehál majú vysokú nasiakavosť, zatiaľ čo tvrdo pálené tehly (slinok) a betón majú výrazne nižší kapilárny účinok. Aby sa prerušil kapilárny prietok v budovách, musia sa použiť vodotesné separačné vrstvy, napr. B. nainštalovaný bitúmenový plát.
Vinárstvo: V enológii sa na meranie obsahu etanolu vo vínach používajú vinometre, ktoré sa stanovujú na základe kapilarity vína, ktorá závisí od obsahu etanolu.