ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿ

ನೀವು ಎಂದಾದರೂ ಮೇಣದಬತ್ತಿಯನ್ನು ನೋಡಿದ್ದೀರಾ? ನೀವು ಅದನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೀರಿ ಎಂದು ಆಶಿಸುತ್ತೇವೆ. ಮೇಣದಬತ್ತಿ ಉರಿಯುತ್ತಿರುವಾಗ ನಾವು ನೋಡಬಹುದಾದ ಒಂದು ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ವಿದ್ಯಮಾನ. ಉರಿಯುತ್ತಿರುವ ಮೇಣದಬತ್ತಿಯ ಬತ್ತಿಯ ಕೆಳಭಾಗವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಯಾವಾಗಲೂ ಕರಗಿದ ಮೇಣದಿಂದ (ಬತ್ತಿಯ ಮೇಲೆ) ಒದ್ದೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಬತ್ತಿಯ ಮೇಲೆ ಕರಗಿದ ಮೇಣದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯು ಮೇಣದಬತ್ತಿಯು ದೀರ್ಘಕಾಲದವರೆಗೆ ಉರಿಯಬಹುದು ಎಂದರ್ಥ. ಕರಗಿದ ಮೇಣವು ಉರಿಯುತ್ತಿರುವ ಮೇಣದಬತ್ತಿಯ ಬತ್ತಿಯ ಕಡೆಗೆ ಮೇಲಕ್ಕೆ ಚಲಿಸಲು ಕಾರಣವೇನು? ನಾವು ಟಾರ್ಚ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅದೇ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಗಮನಿಸಬಹುದು.

ನಮ್ಮ ಜೀವನದಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ವಿಷಯಗಳು ಮೇಣದಬತ್ತಿಗಳು ಮತ್ತು ಎಣ್ಣೆ ದೀಪಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳಿಗೆ ಹೋಲುತ್ತವೆ. ದ್ರವವು ಕಾಲುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದು ಅದು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಚಲಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ ಎಂಬಂತೆ. ನೀವು ಇದನ್ನು ವೈಜ್ಞಾನಿಕವಾಗಿ ವಿವರಿಸಬಹುದೇ? ಮೇಣದಬತ್ತಿಗಳು, ಎಣ್ಣೆ ದೀಪಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಅನೇಕ ಸಂಬಂಧಿತ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸಬಹುದಾದ ಒಂದು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿಯಾಗಿದೆ.

ಒಗ್ಗಟ್ಟು ಮತ್ತು ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಶಕ್ತಿಗಳು

ಒಗ್ಗಟ್ಟು ಎಂದರೆ ಒಂದೇ ವಸ್ತುವಿನ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲ, ಆದರೆ ವಿವಿಧ ವಸ್ತುಗಳ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲವನ್ನು ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನಾವು ಗಾಜಿನೊಳಗೆ ನೀರನ್ನು ಸುರಿದರೆ, ನೀರಿನ ಅಣುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಆಕರ್ಷಿಸಿದಾಗ ಒಗ್ಗಟ್ಟು ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳು ಮತ್ತು ಗಾಜಿನ ಅಣುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಆಕರ್ಷಿಸಿದಾಗ ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ.

ಸಂಪರ್ಕ ಕೋನ

ಕ್ಯಾಪಿಲರಿಟಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸುವ ಮೊದಲು, ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಮತ್ತು ಒಗ್ಗೂಡಿಸುವ ಬಲಗಳು ಕ್ಯಾಪಿಲರಿಟಿಯ ಮೇಲೆ ಹೇಗೆ ಪ್ರಭಾವ ಬೀರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಾವು ಮೊದಲು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಗಾಜಿನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ. ದ್ರವ ಅಣುಗಳ ಒಗ್ಗೂಡಿಸುವ ಬಲಗಳು ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಬಲಗಳಿಗಿಂತ (ದ್ರವ ಅಣುಗಳು ಮತ್ತು ಗಾಜಿನ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲಗಳು) ಬಲವಾಗಿದ್ದಾಗ, ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲಕ್ಕೆ ವಕ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಒಂದು ಉದಾಹರಣೆಯೆಂದರೆ ನೀರು ಗಾಜಿನಲ್ಲಿರುವಾಗ. ನೀರು ಗಾಜಿನ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ತೇವಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹೇಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಬಲಗಳು ಬಲವಾಗಿದ್ದರೆ, ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈ ಕೆಳಕ್ಕೆ ವಕ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಪಾದರಸ ಗಾಜಿನಲ್ಲಿರುವಾಗ.

ವಕ್ರರೇಖೆಯಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡ ಕೋನವನ್ನು ಸಂಪರ್ಕ ಕೋನ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ದ್ರವದ ಒಗ್ಗಿಸುವ ಬಲವು ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಬಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ರೂಪುಗೊಂಡ ಸಂಪರ್ಕ ಕೋನವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 90° ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ.^o (ಚಿತ್ರ a). ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಬಲವು ದ್ರವದ ಒಗ್ಗಟ್ಟಿನ ಬಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ರೂಪುಗೊಂಡ ಸಂಪರ್ಕ ಕೋನವು 90 ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ.^o (ಚಿತ್ರ ಬಿ). ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಒಗ್ಗಟ್ಟು ಬಲಗಳನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಕಷ್ಟ, ಆದರೆ ಸಂಪರ್ಕ ಕೋನವನ್ನು ಅಳೆಯಬಹುದು. ಕ್ಯಾಪಿಲರಿಟಿಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧವೇನು?

ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ

ದ್ರವದ ಒಗ್ಗಿಸುವ ಬಲವು ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಬಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲ್ಮುಖವಾಗಿ ವಕ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ನಾವು ತೆಳುವಾದ ಕೊಳವೆ ಅಥವಾ ಕೊಳವೆಯನ್ನು (ಕಂಟೇನರ್‌ಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕ ವ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕೊಳವೆ) ಸೇರಿಸಿದಾಗ, ದ್ರವದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಭಾಗವು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಪಾತ್ರೆಯಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವವು ಕೊಳವೆಯ ಕಾಲಮ್ ಮೂಲಕ ಏರುತ್ತದೆ. ಏಕೆಂದರೆ ಕೊಳವೆಯ ಗೋಡೆಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಒಟ್ಟು ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದ ಬಲವು ಮೇಲ್ಮುಖವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ದ್ರವವು ತಲುಪಬಹುದಾದ ಗರಿಷ್ಠ ಎತ್ತರವೆಂದರೆ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದ ಬಲವು ಕೊಳವೆಯಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವದ ತೂಕಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ದ್ರವವು ಪೈಪ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವದ ತೂಕದಿಂದ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡದ ಬಲವು ಸಮತೋಲನಗೊಳ್ಳುವ ಎತ್ತರಕ್ಕೆ ಮಾತ್ರ ಏರಬಹುದು.

ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವ ಬಲವು ದ್ರವದ ಒಗ್ಗಟ್ಟಿನ ಬಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈ ಕೆಳಮುಖವಾಗಿ ವಕ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ನಾವು ತೆಳುವಾದ ಕೊಳವೆ ಅಥವಾ ಕೊಳವೆಯನ್ನು (ಧಾರಕಕ್ಕಿಂತ ಚಿಕ್ಕ ವ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕೊಳವೆ) ಸೇರಿಸಿದಾಗ, ದ್ರವದ ಕೆಳಗಿನ ಭಾಗವು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ (ಕೆಳಗಿನ ಚಿತ್ರವನ್ನು ನೋಡಿ).

ಈ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಚಲನೆ ಅಥವಾ ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಈ ತೆಳುವಾದ ಕೊಳವೆಗಳನ್ನು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್‌ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ನಮ್ಮ ಚಿಕ್ಕ ರಕ್ತನಾಳಗಳನ್ನು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್‌ಗಳು ಎಂದೂ ಕರೆಯಬಹುದು ಎಂಬುದು ಗಮನಿಸಬೇಕಾದ ಸಂಗತಿ, ಏಕೆಂದರೆ ಈ ಸಣ್ಣ ನಾಳಗಳಲ್ಲಿ ರಕ್ತ ಪರಿಚಲನೆಯು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಪರಿಣಾಮದಿಂದಾಗಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಅದೇ ರೀತಿ, ಕರಗುವ ಮೇಣ ಅಥವಾ ಸೀಮೆಎಣ್ಣೆ ಬತ್ತಿಯ ಮೂಲಕ ಏರುವ ವಿದ್ಯಮಾನವೂ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಸಣ್ಣ ಕ್ಸೈಲೆಮ್ ನಾಳಗಳ ಮೂಲಕ ಬೇರುಗಳಿಂದ ಎಲೆಗಳಿಗೆ ನೀರು ಮತ್ತು ಪೋಷಕಾಂಶಗಳ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರ ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಂಬಲಾಗಿದೆ. ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿ ಇಲ್ಲದೆ, ಮಳೆ ಅಥವಾ ನೀರಾವರಿ ನಂತರ ಮಣ್ಣಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ತಕ್ಷಣವೇ ಒಣಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿಟಿಯ ಮತ್ತೊಂದು ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಣಾಮವೆಂದರೆ ಮಣ್ಣಿನ ಕಣಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರದಲ್ಲಿ ನೀರನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಳ್ಳುವುದು.

ಕ್ಯಾಪಿಲರಿಟಿ ಸಮೀಕರಣ

ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್ ಕಾಲಮ್ ಮೂಲಕ ನೀರು ಏರುವ ಎತ್ತರವನ್ನು ನಾವು ಹೇಗೆ ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದು? ದ್ರವವು ಕಾಲಮ್‌ನಲ್ಲಿ ಏರಿದಂತೆ ಕಾಣುತ್ತದೆ. h ಎತ್ತರಕ್ಕೆ r ತ್ರಿಜ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್. h ಎತ್ತರದಲ್ಲಿ ದ್ರವವನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವಲ್ಲಿ ಪಾತ್ರವಹಿಸುವ ಬಲವು ಲಂಬ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡ ಬಲದ ಅಂಶವಾಗಿದೆ: F cos theta.

ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್‌ನ ಮೇಲ್ಭಾಗವು ತೆರೆದಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ವಾತಾವರಣದ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಹೇರಲಾಗುತ್ತದೆ. ದ್ರವ ಮತ್ತು ಟ್ಯೂಬ್ ನಡುವಿನ ಸಂಪರ್ಕ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಉದ್ದವು 2 ಫಿ r (ವೃತ್ತದ ಸುತ್ತಳತೆ) ಆಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಂಪರ್ಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡ ಬಲದ ಲಂಬ ಅಂಶದ ಪ್ರಮಾಣವು:

ದ್ರವ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಮೇಲ್ಮುಖ ವಕ್ರರೇಖೆಯನ್ನು ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಿದರೆ, ಪೈಪ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವದ ಪರಿಮಾಣವು:

ದ್ರವದ ಪ್ರಮಾಣ = ಪೈಪ್‌ನ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ x ದ್ರವದ ಎತ್ತರ

ವಿ = ಎ ಗಂ

ವಿ = (π ಆರ್ ² ) ಗಂ

ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡ ಬಲದ ಲಂಬ ಅಂಶವು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವ ಕಾಲಮ್‌ನ ತೂಕದೊಂದಿಗೆ ಸಮತೋಲನಗೊಂಡರೆ, ದ್ರವವು ಇನ್ನು ಮುಂದೆ ಮೇಲೇರಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡ ಬಲದ ಲಂಬ ಅಂಶವು h ಎತ್ತರದಲ್ಲಿ ದ್ರವದ ತೂಕದೊಂದಿಗೆ ಸಮತೋಲನಗೊಂಡಾಗ ದ್ರವವು ಅದರ ಗರಿಷ್ಠ ಎತ್ತರವನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡ ಬಲದ ಲಂಬ ಅಂಶವು:

F = γ 2 π r ಕಾಸ್ θ

ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವದ ತೂಕ:

w = ಮಿಗ್ರಾಂ

w = ρ V ಗ್ರಾಂ

w = ρ (π r ² h ) ಗ್ರಾಂ

ದ್ರವವು ಅದರ ಗರಿಷ್ಠ ಎತ್ತರವನ್ನು (h) ತಲುಪಿದಾಗ, ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡ ಬಲದ ಲಂಬ ಅಂಶವು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಟ್ಯೂಬ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವದ ತೂಕಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರಬೇಕು. ಗಣಿತದ ಪ್ರಕಾರ, ಇದನ್ನು ಹೀಗೆ ಬರೆಯಲಾಗಿದೆ:

ನಾವು ಹುಡುಕುತ್ತಿರುವ ಸಮೀಕರಣ ಇದು. ದ್ರವ ಕಾಲಮ್‌ನ ಎತ್ತರವನ್ನು ನೀವು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಬಯಸಿದರೆ, ದಯವಿಟ್ಟು ಈ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸಿ.