6.9. Apăsați presiunea Laplace sub o suprafață curbată a unui lichid
lichid suprafață Forma turnată în vas este determinată de trei factori: forțele de interacțiune dintre moleculele de lichid, forțele de interacțiune dintre moleculele de lichid și moleculele care alcătuiesc pereții vasului și acțiunea gravitației.
Dacă o cantitate suficient de mare de lichid este turnată într-un vas larg, atunci lichidul datorat acțiunii gravitaționale predominante are în acest caz o suprafață plană orizontală. Cu toate acestea, suprafața lichidului este oarecum curbată direct pe pereții vasului. În cazul în care moleculele de lichid sunt în contact cu peretele vasului pentru a interacționa cu moleculele solide sunt mai puternice decât între ele, caz în care lichidul tinde să extindă zona de contact cu solidul. În același timp, suprafața lichidului se îndoaie în jos și se spune că umezește pereții vasului în care este localizat.
În cazul în care moleculele lichide interacționează mai puternic decât cu molecule ale peretelui vasului, lichidul tinde să reducă aria de contact cu solidul, suprafața sa este îndoit în sus, deține neumectare pereților vaselor lichizi.
În tuburi înguste având un diametru de milimetri, marginea curbată a lichidului acoperă întregul strat de suprafață, iar întreaga suprafață a lichidului din aceste tuburi are o formă asemănătoare unei emisfere. Acesta este așa numitul menisc. Poate fi concavă, ca în Fig. 6.13a, în cazul udării și convexe, ca în Fig. 6.13b, fără umectare. Raza de curbură a suprafeței lichidului este de același ordin de mărime ca și raza tubului. Fenomenele de umectare și non-umectare sunt caracterizate de un unghi de unghi # 952; între suprafața umedă a solidului și meniscus la punctele lor de contact (fig.6.13a, b).
Prezența forțelor de tensiune superficială și curbura suprafeței lichidului în tubul capilar sunt responsabile pentru presiunea suplimentară sub suprafața curbată, numită presiunea Laplace.
Pentru a obține formula care determină valoarea presiunii Laplace, luăm în considerare cazul când suprafața lichidului din vas se prezintă sub forma unui menisc convex (Figura 6.14). Să - forța de tensiune superficială acționează tangențial la suprafața lichidului, R - raza de curbură a meniscului, r - raza de curbură a planului secțiunii orizontale a meniscului. Forța poate fi descompusă în două componente și. Evident, atunci când se însumează peste perimetrul meniscului, toate componentele vor da zero, iar presiunea Laplace se va datora acțiunii totale a componentelor. Să găsim componenta și să realizăm sumarea peste conturul care leagă meniscul în secțiunea orizontală, având în vedere faptul că forța de tensionare de suprafață, unde L este un element al lungimii conturului.
unde R1 și R2 sunt razele de curbură a două secțiuni perpendiculare ale meniscului.
Radii de curbură inclusi în ultima formulă sunt cantități algebrice. Dacă centrul curburii secțiunii normale a meniscului se află sub suprafața sa, atunci raza corespunzătoare a curburii este o valoare pozitivă (Figura 6.15a). În cazul în care centrul curburii este deasupra suprafeței meniscului, R - este negativ (figura 6.15b). Rezultă că o suprafață convexă a presiunii Laplace meniscului pozitiv (acesta este adăugat la P0 presiunea atmosferica), meniscului Laplace presiune concavă este negativ (este mai mică decât P0 presiunea atmosferică de RL valoric). Este evident că presiunea Laplace mărește raza de curbură a secțiunii și, prin urmare, joacă cel mai important rol în fenomenele capilare.
Aplicând formula Laplace pentru cazul special al unei picături sferice, găsim:
Dacă suprafața meniscului are o formă cilindrică, atunci una dintre razele de curbură a secțiunii poate fi considerată egală cu infinitatea. Pentru acest caz special, presiunea Laplace este egală
În cazul unui bule de săpun, presiunea suplimentară pe care o resimte gazul din interior este egală, deoarece bula are două suprafețe, exterioare și interioare, fiecare dintre acestea creează o presiune suplimentară Laplace.
O ilustrare convingătoare a existenței presiunii laplaciene este experimentul descris mai jos.
Cu ajutorul a două tuburi de comunicare, bulele de săpun sunt suflate (Figura 6.16), după care tubul C se închide. Datorită circumstanțelor aleatorii inevitabile, razele bulelor vor fi diferite una de cealaltă. În interiorul bulei cu o rază mai mică, presiunea Laplace este mai mare și aerul din ea începe să se deplaseze într-un balon cu o rază mai mare. Ca urmare, bulele mari vor crește în dimensiune, iar cel mic va dispărea după un timp scurt.
Trimiteți-le prietenilor: