केशिका

के तपाईंले कहिल्यै मैनबत्ती देख्नुभएको छ? आशा छ तपाईंले यसलाई प्रयोग गर्नुहुनेछ। मैनबत्ती बलिरहेको बेला हामीले देख्न सक्ने एउटा रोचक घटना। बलिरहेको मैनबत्तीको बत्तीको तल्लो भाग सामान्यतया पग्लिएको मोमले (बत्तीमा) भिजेको हुन्छ। बत्तीमा पग्लिएको मोमको उपस्थितिको अर्थ मैनबत्ती लामो समयसम्म जल्न सक्छ। पग्लिएको मोम बलिरहेको मैनबत्तीको बत्तीतिर माथि सर्नुको कारण के हो? हामी टर्चमा पनि यही घटना देख्न सक्छौं।

हाम्रो जीवनमा धेरै रोचक कुराहरू मैनबत्ती र तेल बत्तीहरूमा हुने घटनाहरूसँग मिल्दोजुल्दो छन्। यो तरल पदार्थको खुट्टा जस्तै हो, जसले यसलाई माथितिर जान अनुमति दिन्छ। के तपाईं यसलाई वैज्ञानिक रूपमा व्याख्या गर्न सक्नुहुन्छ? मैनबत्ती, तेल बत्ती र अन्य धेरै सम्बन्धित घटनाहरूमा हुने घटनाहरूलाई व्याख्या गर्न सक्ने एउटा भौतिकशास्त्रीय अवधारणा केशिका हो।

एकता र आसंजन बलहरू

एउटै पदार्थका अणुहरू बीचको आकर्षण बललाई समन्वय भनिन्छ, जबकि विभिन्न पदार्थका अणुहरू बीचको आकर्षण बललाई आसंजन भनिन्छ। उदाहरणका लागि, यदि हामीले गिलासमा पानी खन्यायौं भने, पानीका अणुहरू एकअर्कालाई आकर्षित गर्दा समन्वय हुन्छ, जबकि पानीका अणुहरू र गिलासका अणुहरू एकअर्कालाई आकर्षित गर्दा आसंजन हुन्छ।

सम्पर्क कोण

केशिकाको अवधारणामा जानु अघि, हामीले पहिले बुझ्नुपर्छ कि टाँसिने र संयोजन बलले केशिकालाई कसरी प्रभाव पार्छ। उदाहरणका लागि, गिलासमा रहेको तरल पदार्थलाई विचार गर्नुहोस्। जब तरल अणुहरूको संयोजन बल टाँसिने बलहरू (तरल अणुहरू र गिलासका अणुहरू बीचको आकर्षक बलहरू) भन्दा बलियो हुन्छ, तरल पदार्थको सतह माथितिर घुम्नेछ। यसको उदाहरण पानी गिलासमा हुँदा हो। सामान्यतया भनिन्छ कि पानीले गिलासको सतहलाई भिजाउँछ। यसको विपरीत, यदि टाँसिने बलहरू बलियो छन् भने, तरल पदार्थको सतह तलतिर घुम्नेछ। उदाहरणका लागि, जब पारा गिलासमा हुन्छ।

वक्रले बनेको कोणलाई सम्पर्क कोण भनिन्छ। जब तरल पदार्थको कोहेसिभ बल टाँसिने बल भन्दा बढी हुन्छ, तब बनेको सम्पर्क कोण सामान्यतया ९०° भन्दा कम हुन्छ।^o (छवि a)। यसको विपरीत, यदि आसंजन बल तरल पदार्थको कोहेसन बल भन्दा ठूलो छ भने, बनेको सम्पर्क कोण ९० भन्दा ठूलो हुन्छ।^o (चित्र ख)। आसंजन र समन्वय बलहरू सैद्धान्तिक रूपमा गणना गर्न गाह्रो छ, तर सम्पर्क कोण मापन गर्न सकिन्छ। केशिकातासँग के सम्बन्ध छ?

केशिकाताको अवधारणा

यदि तरल पदार्थको कोहेसिभ बल टाँसिने बल भन्दा बढी छ भने, तरल पदार्थको सतह माथितिर घुम्नेछ। जब हामी पातलो ट्यूब वा पाइप (कन्टेनर भन्दा सानो व्यास भएको पाइप) घुसाउँछौं, तरल पदार्थको उच्च खण्ड बन्छ। अर्को शब्दमा, कन्टेनरमा रहेको तरल पदार्थ पाइपको स्तम्भ हुँदै माथितिर बढ्छ। यो किनभने ट्यूबको भित्तामा रहेको कुल सतह तनाव बल माथितिर कार्य गर्दछ। तरल पदार्थले पुग्न सक्ने अधिकतम उचाइ तब हुन्छ जब सतह तनाव बल पाइपमा रहेको तरल पदार्थको तौल बराबर वा बराबर हुन्छ। त्यसकारण, तरल पदार्थ केवल उचाइमा बढ्न सक्छ जहाँ सतह तनाव बल पाइपमा रहेको तरल पदार्थको तौलले सन्तुलित हुन्छ।

यसको विपरीत, यदि टाँस्ने बल तरल पदार्थको कोहेसिभ बल भन्दा बढी छ भने, तरल पदार्थको सतह तलतिर घुम्नेछ। जब हामी पातलो ट्यूब वा पाइप (कन्टेनर भन्दा सानो व्यास भएको पाइप) घुसाउँछौं, तरल पदार्थको तल्लो भाग बन्छ (तलको छवि हेर्नुहोस्)।

यो प्रभावलाई केशिका आन्दोलन वा केशिकाता भनिन्छ, र यी पातलो नलीहरूलाई केशिका नली भनिन्छ। यो ध्यान दिन लायक छ कि हाम्रा सबैभन्दा साना रक्तनलीहरूलाई केशिका नलीहरू पनि भन्न सकिन्छ, किनकि यी साना नलीहरूमा रक्तसञ्चार पनि केशिका प्रभावको कारणले हुन्छ। त्यस्तै, पग्लिएको मोम वा केरोसिन बत्तीबाट उठ्ने घटना पनि स्पष्ट छ। यसबाहेक, साना जाइलेम नलीहरू मार्फत जराबाट पातहरूमा पानी र पोषक तत्वहरूको आवागमनमा केशिकाताले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्ने विश्वास गरिन्छ। केशिकाता बिना, माटोको सतह वर्षा वा सिँचाइ पछि तुरुन्तै सुख्खा हुनेछ। केशिकाताको अर्को महत्त्वपूर्ण प्रभाव भनेको माटोका कणहरू बीचको खाडलमा पानीको अवधारण हो।

केशिका समीकरण

केशिका नलीको स्तम्भबाट पानी कति उचाइमा बढ्छ भनेर हामी कसरी निर्धारण गर्न सक्छौं? स्तम्भमा तरल पदार्थ बढेको देखिन्छ। उचाइ h सम्म त्रिज्या r भएको केशिका नली। उचाइ h मा तरल पदार्थलाई समात्न भूमिका खेल्ने बल ठाडो दिशामा सतह तनाव बलको घटक हो: F cos theta।

केशिका नलीको माथिल्लो भाग खुला हुन्छ, त्यसैले तरल पदार्थको सतहमा वायुमण्डलीय चाप पर्छ। तरल पदार्थ र नली बीचको सम्पर्क सतहको लम्बाइ २ फाइ आर (वृत्तको परिधि) हुन्छ। त्यसैले, सम्पर्क सतहसँगै कार्य गर्ने सतह तनाव बलको ठाडो घटकको परिमाण हो:

यदि तरल सतहको माथिल्लो वक्रलाई बेवास्ता गरियो भने, पाइपमा तरल पदार्थको आयतन हुन्छ:

तरल पदार्थको आयतन = पाइपको सतह क्षेत्रफल x तरल पदार्थको उचाइ

V = A घ

V = (π r ² ) h

यदि सतह तनाव बलको ठाडो घटक केशिका नलीमा रहेको तरल स्तम्भको भारसँग सन्तुलित छ भने, तरल पदार्थ थप माथि उठ्न सक्दैन। अर्को शब्दमा, तरल पदार्थ यसको अधिकतम उचाइमा पुग्नेछ, जब सतह तनाव बलको ठाडो घटक उचाइ h मा तरल पदार्थको भारसँग सन्तुलित हुन्छ। सतह तनाव बलको ठाडो घटक हो:

F = γ २ π r cos θ

यसैबीच, केशिका नलीमा रहेको तरल पदार्थको तौल निम्नानुसार हुन्छ:

w = मिलीग्राम

w = ρ V g

w = ρ ( π r ² h ) g

जब तरल पदार्थ यसको अधिकतम उचाइ (h) मा पुग्छ, सतह तनाव बलको ठाडो घटक केशिका नलीमा रहेको तरल पदार्थको तौल बराबर हुनुपर्छ। गणितीय रूपमा, यो लेखिएको छ:

यो हामीले खोजिरहेको समीकरण हो। यदि तपाईं तरल स्तम्भको उचाइ निर्धारण गर्न चाहनुहुन्छ भने, कृपया यो समीकरण प्रयोग गर्नुहोस्।