நுண்குழாய்

நீங்கள் எப்போதாவது மெழுகுவர்த்தியைப் பார்த்திருக்கிறீர்களா? நீங்கள் அதைப் பயன்படுத்துவீர்கள் என்று நம்புகிறேன். ஒரு மெழுகுவர்த்தி எரியும்போது நாம் காணக்கூடிய ஒரு சுவாரஸ்யமான நிகழ்வு உண்டு. எரியும் மெழுகுவர்த்தியின் திரியின் அடிப்பகுதி, பொதுவாக உருகிய மெழுகால் (திரியில்) எப்போதும் ஈரமாக இருக்கும். திரியில் உருகிய மெழுகு இருப்பதால், மெழுகுவர்த்தி நீண்ட நேரம் எரியும். உருகிய மெழுகு, எரியும் மெழுகுவர்த்தித் திரியை நோக்கி மேல்நோக்கி நகர்வதற்குக் காரணம் என்ன? இதே நிகழ்வை நாம் தீப்பந்தங்களிலும் காணலாம்.

நம் வாழ்வில் உள்ள பல சுவாரஸ்யமான விஷயங்கள், மெழுகுவர்த்திகள் மற்றும் எண்ணெய் விளக்குகளில் நிகழும் நிகழ்வுகளைப் போலவே இருக்கின்றன. திரவத்திற்கு கால்கள் இருப்பது போலவும், அது மேல்நோக்கி நகர அனுமதிப்பது போலவும் இருக்கிறது. இதை உங்களால் அறிவியல் ரீதியாக விளக்க முடியுமா? மெழுகுவர்த்திகள், எண்ணெய் விளக்குகள் மற்றும் அது தொடர்பான பல நிகழ்வுகளை விளக்கக்கூடிய ஒரு இயற்பியல் கருத்து நுண்புழைப் பாய்மம் (capillarity) ஆகும்.

பிணைப்பு மற்றும் ஒட்டுதல் விசைகள்

ஒரே பொருளின் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசை ஒட்டுறவு எனப்படும், அதேசமயம் வெவ்வேறு பொருட்களின் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான கவர்ச்சி விசை ஒட்டுறவு எனப்படும். எடுத்துக்காட்டாக, நாம் ஒரு குவளையில் தண்ணீரை ஊற்றினால், நீர் மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும்போது ஒட்டுறவு ஏற்படுகிறது, அதேசமயம் நீர் மூலக்கூறுகளும் குவளை மூலக்கூறுகளும் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும்போது ஒட்டுறவு ஏற்படுகிறது.

தொடர்பு கோணம்

நுண்புழை ஈர்ப்பு என்ற கருத்தைப் பற்றி ஆழமாகப் பார்ப்பதற்கு முன், ஒட்டுவிசை மற்றும் ஒருங்கமைவு விசைகள் நுண்புழை ஈர்ப்பை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதை நாம் முதலில் புரிந்து கொள்ள வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கண்ணாடிக் குவளையில் உள்ள திரவத்தைக் கருத்தில் கொள்வோம். திரவ மூலக்கூறுகளின் ஒருங்கமைவு விசைகள், ஒட்டுவிசைகளை (திரவ மூலக்கூறுகளுக்கும் கண்ணாடி மூலக்கூறுகளுக்கும் இடையிலான கவர்ச்சி விசைகள்) விட வலிமையாக இருக்கும்போது, ​​திரவத்தின் மேற்பரப்பு மேல்நோக்கி வளையும். இதற்கு ஓர் எடுத்துக்காட்டு, ஒரு கண்ணாடிக் குவளையில் தண்ணீர் இருக்கும்போது ஆகும். தண்ணீர் கண்ணாடிக் குவளையின் மேற்பரப்பை நனைக்கிறது என்று பொதுவாகக் கூறப்படுகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, ஒட்டுவிசைகள் வலிமையாக இருந்தால், திரவத்தின் மேற்பரப்பு கீழ்நோக்கி வளையும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கண்ணாடிக் குவளையில் பாதரசம் இருக்கும்போது.

வளைவினால் உருவாகும் கோணம் தொடுகோணம் எனப்படும். திரவத்தின் ஒருங்கமைவு விசை, ஒட்டுவிசையை விட அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​உருவாகும் தொடுகோணம் பொதுவாக 90°-க்கும் குறைவாக இருக்கும்.^o (படம் அ). இதற்கு நேர்மாறாக, ஒட்டுவிசை பாய்மப் பிணைப்பு விசையை விட அதிகமாக இருந்தால், உருவாகும் தொடுகோணம் 90°-ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்.^o (படம் b). ஒட்டுவிசை மற்றும் பிணைப்புவிசையைக் கோட்பாட்டு ரீதியாகக் கணக்கிடுவது கடினம், ஆனால் தொடுகோணத்தை அளவிட முடியும். நுண்புழைப் பாய்வுடன் இதற்கு என்ன தொடர்பு?

நுண்குழாய் தன்மை பற்றிய கருத்து

ஒரு திரவத்தின் பிணைப்பு விசை, ஒட்டுவிசையை விட அதிகமாக இருந்தால், அத்திரவத்தின் மேற்பரப்பு மேல்நோக்கி வளையும். நாம் ஒரு மெல்லிய குழாயை (கலனை விட சிறிய விட்டம் கொண்ட குழாய்) செருகும்போது, ​​திரவத்தின் ஒரு உயரமான பகுதி உருவாகும். வேறுவிதமாகக் கூறினால், கலனில் உள்ள திரவமானது குழாயின் தூண் வழியாக மேலேறுகிறது. இதற்குக் காரணம், குழாயின் சுவர் வழியே செயல்படும் மொத்த மேற்பரப்பு இழுவிசை மேல்நோக்கிச் செயல்படுவதே ஆகும். ஒரு திரவம் அடையக்கூடிய அதிகபட்ச உயரம் என்பது, மேற்பரப்பு இழுவிசையானது குழாயில் உள்ள திரவத்தின் எடைக்குச் சமமாகவோ அல்லது சமமாகவோ இருக்கும்போதுதான். எனவே, மேற்பரப்பு இழுவிசையானது குழாயில் உள்ள திரவத்தின் எடையால் சமன் செய்யப்படும் உயரத்திற்கு மட்டுமே திரவத்தால் உயர முடியும்.

இதற்கு நேர்மாறாக, திரவத்தின் பிணைப்பு விசையை விட ஒட்டுவிசை அதிகமாக இருந்தால், திரவத்தின் மேற்பரப்பு கீழ்நோக்கி வளையும். நாம் ஒரு மெல்லிய குழாயை (கலனை விட சிறிய விட்டம் கொண்ட குழாய்) செருகும்போது, ​​திரவத்தின் ஒரு கீழ்ப்பகுதி உருவாகும் (கீழே உள்ள படத்தைப் பார்க்கவும்).

இந்த விளைவு நுண்குழாய் இயக்கம் அல்லது நுண்குழாய் விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இந்த மெல்லிய குழாய்கள் நுண்குழாய்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன. நமது மிகச்சிறிய இரத்த நாளங்களையும் நுண்குழாய்கள் என்று அழைக்கலாம் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது, ஏனெனில் இந்த நுண்ணிய நாளங்களில் இரத்த ஓட்டமும் நுண்குழாய் விளைவின் காரணமாகவே நடைபெறுகிறது. இதேபோல், உருகும் மெழுகு அல்லது மண்ணெண்ணெய் திரி வழியாக மேலேறுவதும் ஒரு தெளிவான நிகழ்வாகும். மேலும், வேர்களிலிருந்து இலைகளுக்கு நுண்ணிய சைலம் நாளங்கள் வழியாக நீர் மற்றும் ஊட்டச்சத்துக்கள் செல்வதில் நுண்குழாய் விளைவு ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிப்பதாக நம்பப்படுகிறது. நுண்குழாய் விளைவு இல்லாமல், மழை அல்லது நீர்ப்பாசனத்திற்குப் பிறகு மண்ணின் மேற்பரப்பு உடனடியாக வறண்டுவிடும். நுண்குழாய் விளைவின் மற்றொரு முக்கிய விளைவு, மண் துகள்களுக்கு இடையேயான இடைவெளிகளில் நீரைத் தக்கவைப்பதாகும்.

நுண்புழைச் சமன்பாடு

ஒரு நுண்குழாய்த் தூண் வழியாக உயரும் நீரின் உயரத்தை நாம் எவ்வாறு கண்டறியலாம்? அத்தூணில் திரவம் மேலே எழுவது போல் தோன்றும். r ஆரம் கொண்ட ஒரு நுண்குழாயிலிருந்து h உயரத்திற்கு திரவத்தைத் தாங்கிப் பிடிக்கும்போது, ​​செங்குத்துத் திசையில் உள்ள பரப்பு இழுவிசையின் கூறு F cos θ ஆகும்.

நுண்குழாயின் மேல் முனை திறந்திருப்பதால், திரவத்தின் மேற்பரப்பில் வளிமண்டல அழுத்தம் செலுத்தப்படுகிறது. திரவத்திற்கும் குழாய்க்கும் இடையிலான தொடு மேற்பரப்பின் நீளம் 2πr (வட்டத்தின் சுற்றளவு) ஆகும். எனவே, தொடு மேற்பரப்பின் வழியே செயல்படும் பரப்பு இழுவிசையின் செங்குத்துக் கூறின் எண்மதிப்பு:

திரவ மேற்பரப்பின் மேல்நோக்கிய வளைவு புறக்கணிக்கப்பட்டால், குழாயில் உள்ள திரவத்தின் கன அளவு:

திரவத்தின் கன அளவு = குழாயின் மேற்பரப்பு x திரவத்தின் உயரம்

V = A h

V = (π r²) ஹ

நுண்குழாயில் உள்ள திரவத் தூணின் எடையுடன் பரப்பு இழுவிசையின் செங்குத்துக் கூறு சமநிலையில் இருந்தால், திரவத்தால் மேலும் உயர முடியாது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், h உயரத்தில் பரப்பு இழுவிசையின் செங்குத்துக் கூறு திரவத்தின் எடையுடன் சமநிலையில் இருக்கும்போது, ​​திரவம் அதன் அதிகபட்ச உயரத்தை அடையும். பரப்பு இழுவிசையின் செங்குத்துக் கூறு:

F = γ 2 π r cos θ

இதற்கிடையில், நுண்குழாயில் உள்ள திரவத்தின் எடை:

w = mg

w = ρ V g

w = ρ ( π r² h ) g

திரவம் அதன் அதிகபட்ச உயரத்தை (h) அடையும்போது, ​​மேற்பரப்பு இழுவிசையின் செங்குத்துக் கூறு, நுண்குழாயில் உள்ள திரவத்தின் எடைக்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும். கணிதரீதியாக, இது இவ்வாறு எழுதப்படுகிறது:

இதுதான் நாம் தேடும் சமன்பாடு. நீங்கள் ஒரு திரவத் தூணின் உயரத்தைக் கண்டறிய விரும்பினால், இந்தச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தவும்.