Fenomene de umezire
La interfața dintre un lichid și un fenomen solid, umectare sau non-umectare apar datorită interacțiunii moleculelor lichide cu moleculele unui solid:
- Dacă forța de atracție dintre moleculele unui lichid și un solid este mai mare decât forțele de atracție dintre moleculele lichidului. atunci lichidul se va întinde pe suprafața corpului solid (figura 1, a). Acest fenomen se numește umectare.
- Dacă forța de atracție dintre moleculele unui lichid și un solid este mai mică decât forțele de atracție dintre moleculele unui lichid. atunci lichidul nu se va răspândi pe suprafața solidului, ci se va colecta într-o picătură, încercând să-și reducă suprafața liberă (fig.1, b). Un astfel de fenomen se numește non-udare.
Fig.1 Fenomenul umezelii (a) și non-udării (b) prin lichidul suprafeței unui solid (- unghiul de contact)
Deoarece fenomenul de umectare și de non-umezire determinată de proprietățile relative fluid și substanțele solide, unul și același lichid poate fi pentru umezirea unui corp solid și o neumectare pentru celălalt. De exemplu, apa umezește sticla și nu ceară parafina.
O măsură cantitativă a unghiului de contact de umezire este unghiul dintre suprafața solidă și tangenta la suprafața lichidului la punctul de contact (lichid stocat în interiorul unghi).
Când este udat și cu cât unghiul este mai mic, cu atât mai puternic este umezirea. Dacă unghiul de contact este zero, umectarea se numește completă sau ideală. În cazul umezelii ideale, se poate referi aproximativ la răspândirea alcoolului pe o suprafață curată de sticlă. În acest caz, lichidul se extinde pe suprafața solidului până când acoperă întreaga suprafață.
Dacă nu umeziți și cu cât unghiul este mai mare, cu atât mai puternic nu este umectarea. La o valoare a unghiului colțului, se observă o non-umezire completă. În acest caz, lichidul nu aderă la suprafața solidului și alunecă cu ușurință de acesta. Un fenomen similar poate fi observat atunci când încercăm să spălăm o suprafață de grăsime cu apă rece. Proprietățile de detergent ale săpunului și ale pulberilor sintetice sunt explicate prin faptul că soluția de săpun are o tensiune superficială mai mică decât apa. Tensiunea superficială de suprafață a apei împiedică pătrunderea în porii și spațiile fine dintre fibrele țesutului.
Fenomenele de udare și non-umectare joacă un rol important în viața umană. În astfel de procese de fabricație cum sunt lipirea, vopsirea, lipirea, este foarte important să umezi suprafețele. În timp ce furnizarea de non-wetting este foarte important în crearea de impermeabilizare, sinteza de materiale impermeabile. În medicină, fenomenele de umectare sunt importante pentru asigurarea fluxului sanguin prin capilare, respirație și alte procese biologice.
Fenomenele de umectare și non-umectare apare în tuburi înguste - capilare.
S-au înregistrat fenomene capilare
Fenomenele capilare sunt creșterea sau scăderea lichidului în capilare, comparativ cu nivelul lichidului în tuburile mari.
Lichidul de umectare se ridică pe capilar. Un lichid care nu umezește pereții vasului coboară în capilar.
Înălțimea h a creșterii lichidului de-a lungul capilarului este determinată de relația:
unde coeficientul de tensiune superficială a lichidului; densitatea lichidului; raza capilară, accelerația gravitației.
Adâncimea la care se coboară lichidul din capilar se calculează prin aceeași formulă.
Suprafața curbată a lichidului se numește menisc.
Sub meniscul concav al lichidului de umectare, presiunea este mai mică decât sub suprafața plană. Prin urmare, lichidul din capilar se ridică până atunci. În timp ce presiunea hidrostatică a lichidului ridicat în capilar la nivelul suprafeței plane nu compensează diferența de presiune. Sub meniscul convex al unui lichid non-umectant, presiunea este mai mare decât sub o suprafață plană, aceasta duce la căderea lichidului în capilar.
S-au observat fenomene capilare în natură și în viața de zi cu zi. De exemplu, solul are o structură liberă, iar particulele sale individuale sunt goluri, care sunt capilare. Când se udă capilarele, apa se ridică la nivelul sistemului de rădăcini al plantelor, alimentându-le cu umiditate. De asemenea, apa din sol, care se ridică prin capilare. Se evaporă. Pentru a reduce eficiența evaporării, reducând astfel pierderea umezelii, solul slăbește, distrugând capilarele. În viața de zi cu zi, fenomenele capilare sunt folosite atunci când suprafața umedă este umezită cu un prosop de hârtie sau un șervețel.
Exemple de rezolvare a problemelor
Într-un tub capilar cu o rază de 0,5 mm, lichidul a crescut cu 11 mm. Găsiți densitatea unui lichid dat dacă coeficientul său de tensiune superficială.
Înălțimea creșterii lichidului de-a lungul capilarului este determinată de formula:
de unde densitatea unui lichid:
Să traducem unitățile în sistemul SI: raza tubului; înălțimea lichidului de ridicare; coeficientul de tensiune superficială a lichidului.
Accelerarea căderii libere.
Înălțimea creșterii lichidului de-a lungul capilarului este determinată de formula:
Volumul coloanei de lichid care se ridică prin capilar este considerat ca volumul cilindrului cu înălțimea și suprafața de bază:
înlocuind raportul pentru volumul coloanei lichide în formula pentru densitatea lichidului, obținem:
Luând în considerare ultima relație și, de asemenea, că raza capilarului, înălțimea ridicării lichidului de-a lungul capilarului:
Din ultima relație găsim masa lichidului:
Traducem unitățile în sistemul SI: diametrul tubului.
Accelerarea căderii libere.
Coeficient de tensiune superficială a apei.
Cele două tuburi capilare de diferite diametre, coborât în apă, diferența de nivel stabilit de 2,6 cm. La coborârea tuburilor din diferența de nivel de alcool a fost de 1 cm. Cunoscând coeficientul de tensiune superficială, pentru a găsi coeficientul de tensiune superficială a alcoolului.
Înălțimea ridicării lichidului în capilar este determinată de formula:
Diferența dintre nivelurile tubulare atunci când acestea sunt coborâte în apă:
În mod similar, atunci când conductele sunt coborâte în alcool, diferența de niveluri este:
Împărțind prima ecuație cu a doua, obținem:
de unde coeficientul de tensiune superficială a alcoolului:
Densitatea apei este densitatea alcoolului, coeficientul de tensiune superficială a apei.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: