Fenomenele schimbării înălțimii nivelului lichidului în capilare, comparativ cu nivelul lichidului într-un vas larg, se numesc fenomene capilare (figura 5). Dacă lichidul umezește pereții capilarului, se formează un menisc concav de rază r. presiunea moleculară sub care # 916, p mai mică decât o suprafață plană, într-un recipient larg în comunicare cu capilar, prin care lichidul din tubul capilar este împins în sus, până când presiunea până când greutatea format lichid înălțimea coloanei h nu compensează presiunea suplimentară, molecular # 916; p:
unde # 961; - densitatea lichidului, g - accelerația gravitației.
Dacă lichidul nu umezește capilarul, se formează un menisc convex, presiunea moleculară sub care deplasează lichidul sub nivelul inițial la o adâncime h care satisface condiția (5).
Astfel, în capilar lichidul se ridică (sau cade) la o astfel de înălțime h. la care presiunea hidrostatică a coloanei lichide echilibrează presiunea moleculară excesivă datorată curburii meniscului:
Dacă raza de curbură a meniscului este R. atunci, substituind (5.3a) în (5.6), obținem:
Aici luăm în considerare relația dintre raza capilarului r și raza de curbură a meniscului R = r / cos # 952; unde # 952; Unghi de colț.
Formula (5.7) arată că subțire capilar (r) și mai umed (mai puțin # 952; și, în consecință, mai mult cos # 952; ), cu cât crește lichidul prin capilar. Cu o umezire ideală (# 952; = 0, cos # 952; = 1, R = r), înălțimea de ridicare este maximă:
Fluidul de umectare pătrunde bine în porii mici ai corpului și este reținut în ele. Datorită acestui fenomen, substanțele poroase pot reține o cantitate semnificativă de lichid chiar și de vaporii de aer, ceea ce duce la umezirea rufelor, a vatei de vată în zonele umede, ceea ce face dificilă uscarea corpurilor higroscopice.
fenomene capilarelor sunt destul de comune, ele sunt în special din cauza creșterii apei în sol, sistemul de rădăcini al plantelor, circulația fluidelor biologice prin sistemul navelor și tubulilor mici și multe alte fenomene.
Lichidul nonwetting este "împins" din capilar și nu poate pătrunde adânc în capilarele și porii corpului solid.
Determinarea coeficientului de tensiune superficială a lichidului prin metoda Rebinder (metoda de determinare a presiunii maxime în bule).
Lichidul de testare este plasat în tubul de testare 1 (vezi figura 6), în care tubul capilar 2, care trece prin ștecherul închiderea etanșă a tubului, este apoi coborât vertical. Capătul îngust al tubului capilar atinge meniscul lichidului investigat (sau îngropat în el nu mai mult de 0,5 mm), iar celălalt este conectat la atmosferă.
În vasul de sticlă 3 cu robinetul 4 este apă. Vasul este închis printr-un dop închis etanș, iar presiunea deasupra suprafeței apei p1 este aceeași ca și deasupra suprafeței lichidului supus anchetei și în brațul stâng al manometrului în formă de U 5.
Când robinetul 4 este deschis, apa începe să curgă din vas 3. Volumul de apă din recipientul 3 scade, ceea ce înseamnă că volumul de aer deasupra apei din vas crește. Temperatura aerului rămâne constantă, masa de aer nu este schimbată din cele ce urmează că legea lui Boyle și Mariotte: pentru aceeași masă de gaz la temperatură constantă, presiunea asupra produsului din volumul constant, adică pV = const sau p1 V1 = p2 V2. Cu o creștere a volumului de aer deasupra apei din recipientul 3, presiunea p1 scade, ceea ce înseamnă că va scădea atât deasupra lichidului studiat, cât și în coloana din stânga a manometrului.
La un anumit p1 de presiune pe suprafața lichidului probei de la capătul tubului capilar 2 sub acțiunea diferenței de presiune atmosferică RATM și p1 presiune este stors în bula de aer lichid. Această diferență de presiune P = ratm - p1 este măsurată cu un manometru și este egală cu # 961; gh. unde # 961; - densitatea lichidului umplut în manometru, h - diferența dintre nivelurile acestui lichid în coloana din stânga și din dreapta a tubului în formă de U a manometrului.
Presiunea datorată forțelor de tensiune superficială și tendința de "colapsare" a bulei este determinată de formula Laplace (3).
În momentul separării cu bule, aceste presiuni sunt egale atât pentru referință, cât și pentru lichid, coeficientul de tensiune superficială # 963; 0 care este cunoscut, putem scrie:
O formulă analogă poate fi scrisă și pentru lichidul în studiu:
Aici h0 și h1 reprezintă diferența maximă a nivelurilor de lichid în coturile stânga și dreapta ale manometrului în formă de U în momentul detașării cu bule într-un tub de testare cu un fluid de referință și, respectiv, de testare.
Ecuația de separare (9) de către (8), obținem :. Prin urmare, obținem o formulă pentru determinarea tensiunii superficiale a lichidului investigat:
Ordinea lucrării:
1. Se toarnă suficient (aproximativ 2/3 din volumul) de apă în recipientul 3 cu robinetul 4 închis și închideți recipientul bine cu un dop.
2. Se toarnă într-un tub 1 unul dintre fluidele (secțiunea de referință sau de test), astfel încât tubul este coborât în tubul capilar 2 trece prin tubul etanș, capătul îngust a fost coborât sub suprafață (meniscului) lichidul de probă, nu este mai mare de 0,5 1,0 mm.
3. Deschideți robinetul 4 al recipientului 3 astfel încât apa să curgă încet cu picături sau cu o scurgere foarte subțire. În acest caz, diferența de nivel a lichidului în curbele din stânga și din dreapta ale tubului în formă de U din manometru va crește, arătând diferența de presiune care tinde să explodeze un bule de aer din capilar.
4. În momentul detașării cu bule, diferența dintre nivelele de lichid h din coloana din stânga și din dreapta a tubului în formă de U a manometrului va fi maximă. Acesta trebuie înregistrat și înregistrat în tabelul. 1 pentru lichidul corespunzător.
5. Repetați determinarea h pentru fiecare dintre fluidele studiate de trei ori și înregistrați măsurătorile în tabel. Aveți grijă ca apa din vasul 3 există suficientă (volum de cel puțin 1/3) și adăugați-l în timp ce curge, fără a uita vas apoi aproape închis ermetic (în caz contrar nu vor fi alocate bule).
Tabelul 1. Rezultatele măsurătorilor.
6. Găsiți media aritmetică h a diferenței de înălțime pentru fiecare dintre lichide.
7. Se calculează coeficienții de tensiune superficială pentru lichide roz și albastru (respectiv Trandafiri și trandafiri Goal) prin formula (10) și puneți-le în tabel.
8. Comparați valorile obținute Trandafiri și trandafiri # 963; termina la tensiunea superficială a apei și de alcool (# 963; alcool = 22 mN / m = 22 · 10 -3 N / m la 20 ° C) și trage o concluzie la care dintre soluții alcoolice (roz sau albastru) mai diluat cu apă.
9. Se calculează eroarea aleatorie a măsurării indirecte pentru ambele soluții color, utilizând cunoștințele obținute din secțiunea "Teoria erorilor".
1. Ce cauzează apariția energiei potențiale a stratului de suprafață al lichidului? Despre ce depinde această energie?
2. Care este semnificația fizică a coeficientului de tensiune superficială, de care depinde, care este dimensiunea sa?
3. Care sunt fortele de tensiune de suprafata si cum sunt directionate? Cum se manifestă aceste forțe și cum pot fi măsurate?
4. Care este cauza presiunii moleculare a stratului de suprafață asupra lichidului?
5. Care este presiunea suplimentară sub suprafața curbată a lichidului? Cum pot calcula acest lucru?
6. Care sunt cauzele umezelii și nu umezirea fenomenelor? Care este unghiul de contact, pe care depinde amploarea sa?
7. Care sunt cauzele fenomenelor capilare și cum se manifestă acestea? Cum se calculează înălțimea creșterii (picăturii) de lichid în tuburile capilare?
8. Care este esența embolismului cu gaz și care sunt condițiile pentru apariția acestuia?
9. Care este rolul tensiunii superficiale a surfactantului pulmonar alveolar în procesul de respirație?
10. Descrieți metoda Rebinder și obțineți o formulă de calcul pentru determinarea coeficientului de tensiune superficială prin această metodă.
11. Descrieți alte metode cunoscute pentru determinarea coeficientului de tensiune superficială a lichidelor.
1. Presiunea suplimentară Laplace datorită tensiunii superficiale a apei la 20 ° C este de 96,9 kPa. Găsiți diametrul unei picături sferice de ceață dacă # 963; 20 = 72,7 mN / m.
2. La determinarea tensiunii superficiale prin separarea picăturilor a fost stabilit că, la o temperatură de 10 0 C (# 963; 10 = 71,78 mN / m) gâtuire în separarea picătură de apă distilată, cu un diametru de 6,1 mm. Determinați masa picăturilor.
3. Dacă într-o capilară complet umectabilă cu un diametru de 2,8 mm, scufundată vertical în apă, apa se ridică la o înălțime de 1 cm, atunci coeficientul de tensiune superficială a apei va fi egal cu ... mN / m. (g = 9,8 m / s 2. densitatea apei este egală cu 10 3 kg / m 3).
Lucrare de laborator nr. 12. Determinarea vâscozității
vâscozimetrul lichid Ostwald.
Obiectiv: Studierea legilor fluxului de fluid vâscos. Aflați cum să determinați vâscozitatea unui lichid cu ajutorul unui viscozimetru capilar Ostwald.
Se știe că există forțe de interacțiune între moleculele unui fluid real. În curgerea fluidului, aceste forțe se manifestă ca fricțiune internă sau vâscozitate a fluidului și determină diferitele sale straturi să se deplaseze cu viteze diferite.
Figura 1 prezintă cazul când viteza stratului superior al lichidului este maximă, iar pentru cea inferioară - minimul (de exemplu, debitul de apă din râu). Forțele de frecare interioară sunt direcționate de-a lungul straturilor tangente la suprafață.
Astfel, într-un fluid vâscos, vitezele straturilor în mișcare variază în direcția OX perpendiculară pe suprafața straturilor în mișcare ale lichidului. Din punct de vedere cantitativ, această schimbare a vitezei mișcării straturilor lichidului este caracterizată de un gradient al vitezei dv / dx. denumită și rata de forfecare. Cu cât viteza de forfecare este mai mare, cu atât este mai mare forța de frecare dintre straturile fluidului în mișcare. Forța Ftr de frecare internă este proporțională cu aria de contact S a straturilor de fluid, care este reflectată în formula lui Newton pentru forța internă de frecare:
Coeficientul h depinde de proprietățile lichidului și de temperatura și se numește coeficientul de frecare internă sau viscozitatea (vâscozitatea dinamică) a lichidului. Cu temperatură în creștere, vâscozitatea lichidelor scade de obicei.
Unitatea de vâscozitate din Sistemul Internațional al Unităților este de 1 Pa (s) (pascal-secundă). Unitatea extrasistemică de vâscozitate este 1 poise (P) = 0,1 Pa · s.
Dacă vâscozitatea fluidului h nu depinde de gradientul de viteză, atunci aceste fluide se numesc Newtonieni. De regulă, lichide omogene (apă, solvenți puri etc.) le aparțin. Dacă vâscozitatea depinde de gradientul de viteză, fluidele sunt numite non-newtoniene. Ele sunt de obicei eterogene în fluidele de compoziție, de exemplu, suspensii, suspensii și altele asemenea. Un lichid tip Newtonian este o sursă. deoarece este o suspensie a elementelor formate (eritrocite, leucocite etc.) în plasmă. Prin urmare, vâscozitatea sângelui în diferite părți ale sistemului vascular nu este aceeași datorită diferitelor valori ale gradientilor de viteză care se realizează în mișcarea sângelui.
Viscozitatea apei la o temperatură de 20 ° C este de 1 mPa x c sau 1 cP (centipoise), iar vâscozitatea medie a sângelui este în mod normal 4-5 mPa.s. Cu diferite patologii, valorile vâscozității sângelui pot varia de la 1,7 la 22,9 mPas-s. Raportul dintre vâscozitatea sângelui și vâscozitatea apei se numește vâscozitatea sângelui.
Viscozitatea sângelui în organism este afectată de temperatură, hematocrit și gradientul vitezei sângelui (pentru mai multe detalii, vezi [1]).
Debitul unui fluid este caracterizat de liniile curente. Acestea sunt liniile care coincid cu direcția vectorului de viteză al particulelor lichide la un anumit punct. Dacă liniile de flux ale lichidului sunt continue, atunci un astfel de flux se numește flux laminar. iar dacă există vortexuri, viteza particulelor de fluid se schimbă aleatoriu, fluxurile sunt supuse discontinuităților, apoi mișcarea fluidă se numește turbulentă.
Natura fluxului lichidului este laminar sau turbulent - densitatea lichidului r este fixată. vâscozitatea h. viteza de curgere v. diametrul țevii d. pe care curge lichidul. Există un parametru fără dimensiuni numit Reynolds number (Re), care permite determinarea naturii fluxului:
Dacă numărul Reynolds nu depășește o anumită valoare critică Recr. apoi fluxul de lichid este laminar. Dacă Re> Req. atunci curentul devine turbulent. Pentru țevi cilindrice netede Rekr = 2300. Pentru sânge în diferite părți ale patului vascular, numărul critic Reynolds poate lua valori de 900 ÷ 1600.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: