നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും ഒരു മെഴുകുതിരി കണ്ടിട്ടുണ്ടോ? നിങ്ങൾ അത് ഉപയോഗിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഒരു മെഴുകുതിരി കത്തുമ്പോൾ നമുക്ക് കാണാൻ കഴിയുന്ന ഒരു രസകരമായ പ്രതിഭാസം. കത്തുന്ന മെഴുകുതിരി തിരിയുടെ അടിഭാഗം സാധാരണയായി എല്ലായ്പ്പോഴും ഉരുകിയ മെഴുക് (തിരിയിൽ) കൊണ്ട് നനഞ്ഞിരിക്കും. തിരിയിൽ ഉരുകിയ മെഴുക് സാന്നിധ്യം മെഴുകുതിരിക്ക് വളരെക്കാലം കത്താൻ കഴിയുമെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. കത്തുന്ന മെഴുകുതിരി തിരിയിലേക്ക് ഉരുകിയ മെഴുക് മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുന്നതിന്റെ കാരണം എന്താണ്? ടോർച്ചുകളിലും ഇതേ പ്രതിഭാസം നമുക്ക് നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും.
നമ്മുടെ ജീവിതത്തിലെ പല രസകരമായ കാര്യങ്ങളും മെഴുകുതിരികളിലും എണ്ണ വിളക്കുകളിലും സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് സമാനമാണ്. ദ്രാവകത്തിന് കാലുകൾ ഉള്ളതിനാൽ അത് മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു എന്നതുപോലെയാണ്. നിങ്ങൾക്ക് ഇത് ശാസ്ത്രീയമായി വിശദീകരിക്കാമോ? മെഴുകുതിരികളിലും എണ്ണ വിളക്കുകളിലും മറ്റ് നിരവധി അനുബന്ധ പ്രതിഭാസങ്ങളിലും സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളെ വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ഭൗതികശാസ്ത്ര ആശയമാണ് കാപ്പിലാരിറ്റി.
ഏകീകരണവും അഡീഷൻ ശക്തികളും
ഒരേ പദാർത്ഥത്തിന്റെ തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണ ബലമാണ് സംയോജനം, അതേസമയം വ്യത്യസ്ത പദാർത്ഥങ്ങളുടെ തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ആകർഷണ ബലത്തെ സംയോജനം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, നമ്മൾ ഒരു ഗ്ലാസിലേക്ക് വെള്ളം ഒഴിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ജല തന്മാത്രകൾ പരസ്പരം ആകർഷിക്കപ്പെടുമ്പോൾ സംയോജനം സംഭവിക്കുന്നു, അതേസമയം ജല തന്മാത്രകളും ഗ്ലാസ് തന്മാത്രകളും പരസ്പരം ആകർഷിക്കപ്പെടുമ്പോൾ സംയോജനം സംഭവിക്കുന്നു.
കോൺടാക്റ്റ് ആംഗിൾ
കാപ്പിലാരിറ്റി എന്ന ആശയത്തിലേക്ക് കടക്കുന്നതിനുമുമ്പ്, പശയും സംയോജിത ശക്തികളും കാപ്പിലാരിറ്റിയെ എങ്ങനെ സ്വാധീനിക്കുന്നുവെന്ന് നമ്മൾ ആദ്യം മനസ്സിലാക്കണം. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ഗ്ലാസിലെ ഒരു ദ്രാവകത്തെ പരിഗണിക്കുക. ദ്രാവക തന്മാത്രകളുടെ സംയോജിത ശക്തികൾ പശ ശക്തികളേക്കാൾ (ദ്രാവക തന്മാത്രകൾക്കും ഗ്ലാസ് തന്മാത്രകൾക്കും ഇടയിലുള്ള ആകർഷണ ശക്തികൾ) ശക്തമാകുമ്പോൾ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലം മുകളിലേക്ക് വളയും. വെള്ളം ഒരു ഗ്ലാസിലായിരിക്കുമ്പോൾ ഇതിന് ഒരു ഉദാഹരണമാണ്. വെള്ളം ഗ്ലാസിന്റെ ഉപരിതലത്തെ നനയ്ക്കുന്നുവെന്ന് സാധാരണയായി പറയാറുണ്ട്. നേരെമറിച്ച്, പശ ശക്തികൾ ശക്തമാണെങ്കിൽ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലം താഴേക്ക് വളയും. ഉദാഹരണത്തിന്, മെർക്കുറി ഒരു ഗ്ലാസിലായിരിക്കുമ്പോൾ.
വക്രം രൂപപ്പെടുത്തുന്ന കോണിനെ സമ്പർക്ക കോൺ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ദ്രാവകത്തിന്റെ സംയോജന ബലം പശ ബലത്തേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, രൂപം കൊള്ളുന്ന സമ്പർക്ക കോൺ സാധാരണയായി 90° യിൽ കുറവായിരിക്കും.o (ചിത്രം a). നേരെമറിച്ച്, അഡീഷൻ ബലം ദ്രാവക സംയോജന ബലത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, രൂപപ്പെടുന്ന സമ്പർക്ക കോൺ 90 ൽ കൂടുതലായിരിക്കും.o (ചിത്രം ബി). അഡീഷൻ, കോഹഷൻ ബലങ്ങൾ കണക്കാക്കാൻ സൈദ്ധാന്തികമായി ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, പക്ഷേ സമ്പർക്ക കോൺ അളക്കാൻ കഴിയും. കാപ്പിലാരിറ്റിയുമായുള്ള ബന്ധം എന്താണ്?
കാപ്പിലാരിറ്റി എന്ന ആശയം
ഒരു ദ്രാവകത്തിന്റെ സംയോജിത ബലം പശ ബലത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലം മുകളിലേക്ക് വളയും. നമ്മൾ ഒരു നേർത്ത ട്യൂബ് അല്ലെങ്കിൽ പൈപ്പ് (കണ്ടെയ്നറിനേക്കാൾ ചെറിയ വ്യാസമുള്ള ഒരു പൈപ്പ്) തിരുകുമ്പോൾ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉയർന്ന ഭാഗം രൂപം കൊള്ളും. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, കണ്ടെയ്നറിലെ ദ്രാവകം പൈപ്പിന്റെ നിരയിലൂടെ ഉയരുന്നു. ട്യൂബ് ഭിത്തിയിലെ മൊത്തം ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലം മുകളിലേക്ക് പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനാലാണിത്. ഒരു ദ്രാവകത്തിന് എത്താൻ കഴിയുന്ന പരമാവധി ഉയരം ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലം പൈപ്പിലെ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഭാരത്തിന് തുല്യമോ തുല്യമോ ആകുമ്പോഴാണ്. അതിനാൽ, പൈപ്പിലെ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഭാരത്താൽ ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലം സന്തുലിതമാകുന്ന ഉയരത്തിലേക്ക് മാത്രമേ ദ്രാവകത്തിന് ഉയരാൻ കഴിയൂ.
നേരെമറിച്ച്, പശ ബലം ദ്രാവകത്തിന്റെ സംയോജന ബലത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലം താഴേക്ക് വളയും. നമ്മൾ ഒരു നേർത്ത ട്യൂബ് അല്ലെങ്കിൽ പൈപ്പ് (കണ്ടെയ്നറിനേക്കാൾ ചെറിയ വ്യാസമുള്ള ഒരു പൈപ്പ്) തിരുകുമ്പോൾ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഒരു താഴത്തെ ഭാഗം രൂപം കൊള്ളും (താഴെയുള്ള ചിത്രം കാണുക).
ഈ പ്രഭാവം കാപ്പിലറി ചലനം അഥവാ കാപ്പിലറി എന്നും ഈ നേർത്ത ട്യൂബുകളെ കാപ്പിലറി ട്യൂബുകൾ എന്നും വിളിക്കുന്നു. നമ്മുടെ ഏറ്റവും ചെറിയ രക്തക്കുഴലുകളെ കാപ്പിലറി ട്യൂബുകൾ എന്നും വിളിക്കാമെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്, കാരണം ഈ ചെറിയ പാത്രങ്ങളിലെ രക്തചംക്രമണവും കാപ്പിലറി പ്രഭാവം മൂലമാണ്. അതുപോലെ, മെഴുക് അല്ലെങ്കിൽ മണ്ണെണ്ണ ഉരുകി ഒരു തിരിയിലൂടെ ഉയരുന്ന പ്രതിഭാസവും വ്യക്തമാണ്. കൂടാതെ, ചെറിയ സൈലം പാത്രങ്ങളിലൂടെ വേരുകളിൽ നിന്ന് ഇലകളിലേക്ക് വെള്ളത്തിന്റെയും പോഷകങ്ങളുടെയും ചലനത്തിൽ കാപ്പിലറി ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു. കാപ്പിലറി ഇല്ലെങ്കിൽ, മഴയോ ജലസേചനമോ കഴിഞ്ഞാലുടൻ മണ്ണിന്റെ ഉപരിതലം വരണ്ടുപോകും. കാപ്പിലറിയുടെ മറ്റൊരു പ്രധാന ഫലം മണ്ണിന്റെ കണികകൾക്കിടയിലുള്ള വിടവുകളിൽ വെള്ളം നിലനിർത്തുക എന്നതാണ്.
കാപ്പിലാരിറ്റി സമവാക്യം
ഒരു കാപ്പിലറി ട്യൂബ് കോളത്തിലൂടെ ഉയരുന്ന ജലത്തിന്റെ ഉയരം നമുക്ക് എങ്ങനെ നിർണ്ണയിക്കാൻ കഴിയും? കോളത്തിൽ ദ്രാവകം ഉയരുന്നതായി തോന്നുന്നു. 
h ഉയരത്തിലേക്ക് r ആരം ഉള്ള കാപ്പിലറി ട്യൂബ്. h ഉയരത്തിൽ ദ്രാവകം നിലനിർത്തുന്നതിൽ പങ്കു വഹിക്കുന്ന ബലം ലംബ ദിശയിലുള്ള ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലത്തിന്റെ ഘടകമാണ്: F cos theta.
കാപ്പിലറി ട്യൂബിന്റെ മുകൾഭാഗം തുറന്നിരിക്കുന്നതിനാൽ, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ അന്തരീക്ഷമർദ്ദം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. ദ്രാവകത്തിനും ട്യൂബിനും ഇടയിലുള്ള സമ്പർക്ക പ്രതലത്തിന്റെ നീളം 2 phi r ആണ് (വൃത്തത്തിന്റെ ചുറ്റളവ്). അതിനാൽ, സമ്പർക്ക പ്രതലത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലത്തിന്റെ ലംബ ഘടകത്തിന്റെ വ്യാപ്തി:
ദ്രാവക പ്രതലത്തിന്റെ മുകളിലേക്കുള്ള വക്രം അവഗണിക്കുകയാണെങ്കിൽ, പൈപ്പിലെ ദ്രാവകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം:
ദ്രാവകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം = പൈപ്പിന്റെ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം x ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉയരം
വി = എ മ
V = (π r 2 ) h
ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലത്തിന്റെ ലംബ ഘടകം കാപ്പിലറി ട്യൂബിലെ ദ്രാവക നിരയുടെ ഭാരവുമായി സന്തുലിതമാക്കിയാൽ, ദ്രാവകത്തിന് കൂടുതൽ ഉയരാൻ കഴിയില്ല. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലത്തിന്റെ ലംബ ഘടകം h ഉയരത്തിൽ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഭാരവുമായി സന്തുലിതമാകുമ്പോൾ ദ്രാവകം അതിന്റെ പരമാവധി ഉയരത്തിലെത്തും. ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലത്തിന്റെ ലംബ ഘടകം:
എഫ് = γ 2 π r കോസ് θ
അതേസമയം, കാപ്പിലറി ട്യൂബിലെ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഭാരം:
w = മില്ലിഗ്രാം
w = ρ V ഗ്രാം
w = ρ (π r 2 h) ഗ്രാം
ദ്രാവകം അതിന്റെ പരമാവധി ഉയരത്തിൽ (h) എത്തുമ്പോൾ, ഉപരിതല പിരിമുറുക്ക ബലത്തിന്റെ ലംബ ഘടകം കാപ്പിലറി ട്യൂബിലെ ദ്രാവകത്തിന്റെ ഭാരത്തിന് തുല്യമായിരിക്കണം. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി, ഇത് ഇങ്ങനെ എഴുതിയിരിക്കുന്നു:
ഇതാണ് നമ്മൾ അന്വേഷിക്കുന്ന സമവാക്യം. ഒരു ദ്രാവക നിരയുടെ ഉയരം നിർണ്ണയിക്കണമെങ്കിൽ, ദയവായി ഈ സമവാക്യം ഉപയോഗിക്കുക.
