સંકલન અને સંલગ્નતાનું બળ
સંયોગ બળ એ સમાન પદાર્થના પરમાણુઓ વચ્ચેનું આકર્ષણ બળ છે, જ્યારે અસમાન પદાર્થના પરમાણુઓ વચ્ચેનું આકર્ષણ બળને સંયોજક બળ કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આપણે ગ્લાસમાં પાણી રેડીએ છીએ. સંયોજક બળ ત્યારે બને છે જ્યારે પાણીના અણુઓ એકબીજાને આકર્ષે છે, જ્યારે સંયોજક બળ ત્યારે બને છે જ્યારે પાણીના અણુઓ અને કાચના અણુઓ એકબીજાને આકર્ષે છે.
સંપર્ક કોણ
રુધિરકેશિકાની વિભાવના શીખતા પહેલા, આપણે સૌ પ્રથમ સમજીએ કે સંલગ્નતા બળ અને સંયોજક બળનો રુધિરકેશિકા પર કેવી અસર પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આપણે ગ્લાસમાં પ્રવાહીની સમીક્ષા કરીએ છીએ. જ્યારે પ્રવાહી પરમાણુનું સંયોજક બળ સંલગ્નતા બળ (પ્રવાહી પરમાણુ અને કાચના પરમાણુ વચ્ચે ખેંચાણ બળ) કરતાં વધુ મજબૂત હોય છે, ત્યારે પ્રવાહી સપાટી ઉપર તરફ વળાંક બનાવે છે. આનું ઉદાહરણ જ્યારે પાણી ગ્લાસમાં હોય છે ત્યારે છે. સામાન્ય રીતે, એવું કહેવાય છે કે પાણી કાચની સપાટીને ભીંજવે છે. તેનાથી વિપરીત, જો સંલગ્નતા બળ વધુ મજબૂત હોય, તો પ્રવાહીની સપાટી નીચે તરફ વળશે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે પારો કાચમાં હોય છે.
વક્ર દ્વારા રચાયેલા ખૂણાને સંપર્ક કોણ કહેવામાં આવે છે. જ્યારે પ્રવાહી સંયોજક બળ સંલગ્નતા બળ કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે બનાવેલ સંપર્ક કોણ સામાન્ય રીતે 90 કરતા નાનો હોય છે.o (આકૃતિ a). તેનાથી વિપરીત, જો સંલગ્નતા બળ પ્રવાહી સંયોજક બળ કરતા વધારે હોય, તો બનાવેલ સંપર્ક કોણ 90 કરતા વધારે હોય છે.o (આકૃતિ b). સંલગ્નતા બળ અને સંયોજક બળોની ગણતરી સૈદ્ધાંતિક રીતે મુશ્કેલ છે, પરંતુ સંપર્ક ખૂણા માપી શકાય છે. તેનો રુધિરકેશિકા સાથે શું સંબંધ છે?
કેશિલેરિટી ખ્યાલ
જો પ્રવાહી સંયોજક બળ સંલગ્નતા બળ કરતા વધારે હોય, તો પ્રવાહી સપાટી ઉપર તરફ વળશે. જ્યારે આપણે પાતળી નળી અથવા પાઇપ (એક પાઇપ જેનો વ્યાસ કન્ટેનર કરતા નાનો હોય છે) દાખલ કરીએ છીએ, ત્યારે કન્ટેનરમાં રહેલ પ્રવાહી પાઇપના સ્તંભમાંથી ઉપર તરફ વધે છે. આનું કારણ એ છે કે નળીની દિવાલ સાથે કુલ સપાટી તણાવનું બળ ઉપર તરફ કાર્ય કરે છે. પ્રવાહી મહત્તમ ઊંચાઈ ત્યારે પ્રાપ્ત કરી શકે છે જ્યારે સપાટી તણાવ બળ પાઇપમાં રહેલા પ્રવાહીના વજન જેટલું હોય. તેથી, પ્રવાહી ફક્ત તે ઊંચાઈ સુધી જ વધી શકે છે જ્યાં સપાટી તણાવ બળ પાઇપમાં રહેલા પ્રવાહીના વજન સાથે સંતુલિત હોય.
તેનાથી વિપરીત, જો સંલગ્નતા બળ પ્રવાહી સંયોજક બળ કરતા વધારે હોય, તો પ્રવાહીની સપાટી નીચે તરફ વળશે. જ્યારે આપણે પાતળી નળી અથવા પાઇપ (કન્ટેનર કરતા નાના વ્યાસવાળી પાઇપ) દાખલ કરીશું, ત્યારે તે પ્રવાહીનો નીચેનો ભાગ બનાવશે (નીચેનું ચિત્ર જુઓ).
આ અસરને રુધિરકેશિકા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને પાતળા નળીને રુધિરકેશિકા નળી કહેવામાં આવે છે. ધ્યાનમાં રાખો કે આપણી સૌથી નાની રક્ત વાહિનીઓને રુધિરકેશિકા નળીઓ પણ કહી શકાય કારણ કે નાની રક્ત વાહિનીઓમાં રક્ત પરિભ્રમણ પણ રુધિરકેશિકાના પ્રભાવને કારણે થાય છે. તેવી જ રીતે, ધરી દ્વારા મીણ અથવા કેરોસીનનું પીગળવાની ઘટના પણ જોવા મળે છે. વધુમાં, એવું માનવામાં આવે છે કે રુધિરકેશિકા મૂળમાંથી પાંદડા સુધી ઝાયલેમ વાહિનીઓ દ્વારા પાણી અને પોષક તત્વોના માર્ગમાં પણ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. જો રુધિરકેશિકા ન હોય, તો વરસાદ પછી જમીનની સપાટી તરત જ સુકાઈ જશે. રુધિરકેશિકાની બીજી નોંધપાત્ર અસર માટીના કણો વચ્ચેના અંતરમાં પાણીનું જાળવણી છે.
રુધિરકેશિકા સમીકરણ
કેશિલરી પાઇપના સ્તંભમાંથી પાણીની ઊંચાઈ આપણે કેવી રીતે નક્કી કરી શકીએ? કેશિલરી પાઇપના સ્તંભમાં પ્રવાહીનો ઉદય, જેની ત્રિજ્યા r ઊંચાઈ h સુધી હોય છે. h ઊંચાઈ પર પ્રવાહીને પકડી રાખવામાં કાર્યરત બળ એ ઊભી દિશામાં સપાટી તણાવ બળનો ઘટક છે: F cos θ.
કેશિલરી ટ્યુબનો ઉપરનો ભાગ ખુલ્લો હોય છે જેથી પ્રવાહીની સપાટી પર વાતાવરણીય દબાણ હોય. પ્રવાહી અને પાઇપ વચ્ચેની સ્પર્શ સપાટીની લંબાઈ 2πr (પરિઘ) છે. આમ, સંપર્ક સપાટી સાથે કામ કરતા ઊભી ઘટકોના સપાટી તાણ બળનું મૂલ્ય આ પ્રમાણે છે:
F = સપાટી તાણ બળ, γ = સપાટી તાણ, r = રુધિરકેશિકા નળીનો ત્રિજ્યા, θ = સંપર્ક કોણ
જો વક્ર ઉપરની સપાટીને અવગણવામાં આવે, તો પાઇપમાં પ્રવાહીનું પ્રમાણ શું હશે?
પ્રવાહીનું પ્રમાણ = પાઇપનું સપાટી ક્ષેત્રફળ x પ્રવાહીની ઊંચાઈ
વી = એ એચ
V = (π r 2 ) h
જો સપાટી તાણ બળનો ઊભો ઘટક કેશિકા નળીમાં પ્રવાહી સ્તંભના વજન સાથે સંતુલિત હોય, તો પ્રવાહી ફરીથી ઉપર વધી શકતો નથી. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જો સપાટી તાણ બળનો ઊભો ઘટક પ્રવાહીના વજન સાથે, h જેટલો ઊંચો હોય, તો પ્રવાહી તેની મહત્તમ ઊંચાઈ સુધી પહોંચશે. સપાટી તાણ બળનો ઊભો ઘટક છે:
એફ = γ 2 π r કોસ θ
જ્યારે કેશિલરી પાઇપમાં પ્રવાહીનું વજન છે:
ડબલ્યુ = મિલિગ્રામ
ડબલ્યુ = ρ વી ગ્રામ
w = ρ (π r 2 h) g
જ્યારે પ્રવાહી તેની મહત્તમ ઊંચાઈ (h) સુધી પહોંચે છે, ત્યારે સપાટીના તાણ બળનો ઊભી ઘટક રુધિરકેશિકા નળીમાં રહેલા પ્રવાહીના વજન જેટલો હોવો જોઈએ. ગાણિતિક રીતે, લખેલું:
આ સમીકરણ આપણે શોધી રહ્યા છીએ. જો તમે પ્રવાહી સ્તંભની ઊંચાઈ નક્કી કરવા માંગતા હો, તો કૃપા કરીને આ સમીકરણનો ઉપયોગ કરવાનું વિચારો.
