Kapillariteit

Krag van Kohesie en Adhesie

Kohesiekrag is 'n aantrekkingskrag tussen molekules in 'n soortgelyke stof, terwyl 'n aantrekkingskrag tussen molekules van 'n ongelyke stof die Adhesiekrag genoem word. Ons gooi byvoorbeeld water in 'n glas. Kohesie vind plaas wanneer watermolekules mekaar aantrek, terwyl adhesie plaasvind wanneer watermolekules en glasmolekules mekaar aantrek.

Kontak hoek

Voordat ons die konsep van kapillariteit leer, verstaan ​​ons eers hoe die adhesiekrag en kohesiekrag op kapillariteit beïnvloed. Ons kyk byvoorbeeld na die vloeistof in 'n glas. Wanneer die kohesiekrag van die vloeistofmolekule sterker is as die adhesiekrag (die trekkrag tussen die vloeistofmolekule en die glasmolekule), sal die vloeistofoppervlak 'n opwaartse kurwe vorm. 'n Voorbeeld hiervan is wanneer die water in 'n glas is. Gewoonlik word gesê dat water die oppervlak van die glas deurweek. Omgekeerd, as die adhesiekrag sterker is, sal die oppervlak van die vloeistof afwaarts buig. Byvoorbeeld, wanneer kwik in 'n glas is.

Die hoek wat deur die kromme gevorm word, word die kontakhoek genoem. Wanneer die vloeistofkohesiekrag hoër is as die adhesiekrag, is die kontakhoek wat geskep word gewoonlik kleiner as 90^o (figuur a). Omgekeerd, as die adhesiekrag hoër is as die vloeistofkohesiekrag, is die kontakhoek wat geskep word groter as 90^o (figuur b). Adhesiekragte en kohesiekragte is teoreties moeilik om te bereken, maar kontakhoeke kan gemeet word. Wat het dit met kapillariteit te doen?

Kapillariteitskonsep

As die vloeistofkohesiekrag groter is as die adhesiekrag, sal die vloeistofoppervlak opwaarts krul. Wanneer ons 'n dun buis of pyp (’n pyp waarvan die deursnee kleiner is as die houer) insteek, styg die vloeistof in die houer deur die pypkolom. Dit is omdat die krag van die totale oppervlakspanning langs die buiswand opwaarts werk. Die maksimum hoogte wat 'n vloeistof kan bereik, is wanneer die oppervlakspanningskrag gelyk is aan die gewig van die vloeistof in die pyp. Dus kan die vloeistof slegs styg tot 'n hoogte waar die oppervlakspanningskrag gebalanseer is met die gewig van die vloeistof in die pyp.

Omgekeerd, as die adhesiekrag groter is as die vloeistofkohesiekrag, sal die oppervlak van die vloeistof afwaarts buig. Wanneer ons 'n dun buis of pyp (’n pyp met ’n kleiner deursnee as die houer) insit, sal dit ’n onderste deel van die vloeistof vorm (sien prentjie hieronder).

Hierdie effek staan ​​bekend as die kapillêr, en die dun pyp word die kapillêre buis genoem. Hou in gedagte dat ons kleinste bloedvate ook kapillêre pype genoem kan word, want bloedsirkulasie in klein bloedvate vind ook plaas as gevolg van die effekte van kapillêr. Net so is die verskynsel van stygende smelting van was of paraffien deur die as. Verder word geglo dat kapillariteit ook 'n noodsaaklike rol speel in die deurgang van water en voedingsstowwe van die wortels na die blare deur die xileemvate. As daar geen kapillariteit is nie, sal die grondoppervlak onmiddellik na reën droog word. Nog 'n beduidende effek van kapillariteit is die behoud van water in die gapings tussen gronddeeltjies.

Kapillariteitsvergelyking

Hoe kan ons die hoogte van die water wat deur die kapillêre pypkolom styg, bepaal? Die vloeistof styg in die kapillêre pypkolom, wat 'n radius r tot die hoogte h het. Die krag wat inwerk om die vloeistof op hoogte h te hou, is die komponent van die oppervlakspanningskrag in die vertikale rigting: F cos θ.

Die bokant van die kapillêre buis is oop sodat daar atmosferiese druk op die oppervlak van die vloeistof is. Die lengte van die raakvlak tussen die vloeistof en die pyp is 2πr (omtrek). Dus is die grootte van die oppervlakspanningskrag van die vertikale komponente wat langs die kontakvlak werk:

F = Oppervlakspanningskrag, γ = Oppervlakspanning, r = radius van die kapillêre buis, θ = Kontakhoek

Indien die geboë opwaartse oppervlak geïgnoreer word, is die volume vloeistof in die pyp:

Vloeistofvolume = die oppervlakte van die pyp x die hoogte van die vloeistof

V = Ah

V = (πr² ⁾ h

As die vertikale komponent van die oppervlakspanningskrag gebalanseer is met die gewig van die vloeistofkolom in die kapillêre buis, kan die vloeistof nie weer styg nie. Met ander woorde, die vloeistof sal sy maksimum hoogte bereik as die vertikale komponent van die oppervlakspanningskrag gebalanseer is met die gewig van die vloeistof, so hoog as h. Die vertikale komponent van die oppervlakspanningskrag is:

F = γ²πr cos θ

Terwyl die gewig van die vloeistof in die kapillêre pyp is:

w = mg

w = ρ V g

w = ρ (π r² ^h ) g

Wanneer die vloeistof sy maksimum hoogte (h) bereik, moet die vertikale komponent van die oppervlakspanningskrag gelyk wees aan die gewig van die vloeistof in die kapillêre buis. Wiskundig geskryf:

Dit is die vergelyking waarna ons soek. As jy die hoogte van die vloeistofkolom wil bepaal, oorweeg dit asseblief om hierdie vergelyking te gebruik.