Kapilarya

Nakakita ka na ba ng kandila? Sana ay gamitin mo ito. Isang kawili-wiling kababalaghan ang makikita natin kapag nasusunog ang isang kandila. Ang ilalim ng nasusunog na mitsa ng kandila ay karaniwang basa ng tinunaw na pagkit (sa mitsa). Ang pagkakaroon ng tinunaw na pagkit sa mitsa ay nangangahulugan na ang kandila ay maaaring masunog nang matagal. Ano ang nagiging sanhi ng paggalaw ng tinunaw na pagkit pataas patungo sa nasusunog na mitsa ng kandila? Maaari nating maobserbahan ang parehong kababalaghan sa mga sulo.

Maraming kawili-wiling bagay sa ating buhay ang katulad ng mga penomenong nangyayari sa mga kandila at lamparang langis. Para bang may mga paa ang likido, na nagpapahintulot dito na gumalaw pataas. Maipaliliwanag mo ba ito nang siyentipiko? Ang isang konsepto ng pisika na maaaring magpaliwanag sa mga penomenong nangyayari sa mga kandila, lamparang langis, at marami pang ibang kaugnay na penomenong ito ay ang capillarity.

Mga Puwersa ng Kohesyon at Pagdikit

Ang kohesyon ay ang puwersang pang-akit sa pagitan ng mga molekula ng iisang substansiya, habang ang puwersang pang-akit sa pagitan ng mga molekula ng magkaibang substansiya ay tinatawag na adhesion. Halimbawa, kung magbubuhos tayo ng tubig sa isang baso, ang kohesyon ay nangyayari kapag ang mga molekula ng tubig ay nag-aakit sa isa't isa, habang ang adhesion ay nangyayari kapag ang mga molekula ng tubig at mga molekula ng salamin ay nag-aakit sa isa't isa.

Anggulo ng Kontak

Bago tayo tumutok sa konsepto ng capillarity, kailangan muna nating maunawaan kung paano nakakaimpluwensya ang mga puwersa ng pandikit at cohesive ng capillarity. Halimbawa, isaalang-alang ang isang likido sa isang baso. Kapag ang mga puwersa ng cohesive ng mga molekula ng likido ay mas malakas kaysa sa mga puwersa ng pandikit (ang mga puwersang pang-akit sa pagitan ng mga molekula ng likido at mga molekula ng salamin), ang ibabaw ng likido ay kukurba pataas. Isang halimbawa nito ay kapag ang tubig ay nasa isang baso. Karaniwang sinasabi na binabasa ng tubig ang ibabaw ng salamin. Sa kabaligtaran, kung ang mga puwersa ng pandikit ay mas malakas, ang ibabaw ng likido ay kukurba pababa. Halimbawa, kapag ang mercury ay nasa isang baso.

Ang anggulong nabuo ng kurba ay tinatawag na anggulo ng kontak. Kapag ang puwersa ng pagkakadikit ng likido ay mas malaki kaysa sa puwersa ng pandikit, ang anggulo ng kontak na nabuo ay karaniwang mas mababa sa 90°.^o (larawan a). Sa kabaligtaran, kung ang puwersa ng pagdikit ay mas malaki kaysa sa puwersa ng kohesyon ng likido, ang anggulo ng kontak na nabuo ay mas malaki sa 90^o (pigura b). Ang mga puwersa ng pagdikit at kohesyon ay teoretikal na mahirap kalkulahin, ngunit ang anggulo ng kontak ay maaaring masukat. Ano ang kaugnayan nito sa capillarity?

Ang Konsepto ng Kapilarya

Kung ang puwersa ng pagkakadikit ng isang likido ay mas malaki kaysa sa puwersa ng pandikit, ang ibabaw ng likido ay kukurba pataas. Kapag nagpasok tayo ng manipis na tubo o tubo (isang tubo na may mas maliit na diyametro kaysa sa lalagyan), isang mas mataas na bahagi ng likido ang mabubuo. Sa madaling salita, ang likido sa lalagyan ay umaakyat sa haligi ng tubo. Ito ay dahil ang kabuuang puwersa ng tensyon sa ibabaw sa dingding ng tubo ay kumikilos pataas. Ang pinakamataas na taas na maaaring maabot ng isang likido ay kapag ang puwersa ng tensyon sa ibabaw ay katumbas o katumbas ng bigat ng likido sa tubo. Samakatuwid, ang likido ay maaari lamang tumaas sa taas kung saan ang puwersa ng tensyon sa ibabaw ay binabalanse ng bigat ng likido sa tubo.

Sa kabaligtaran, kung ang puwersa ng pandikit ay mas malaki kaysa sa puwersa ng pagkakadikit ng likido, ang ibabaw ng likido ay kukurba pababa. Kapag nagpasok tayo ng manipis na tubo o tubo (isang tubo na mas maliit ang diyametro kaysa sa lalagyan), mabubuo ang ibabang bahagi ng likido (tingnan ang larawan sa ibaba).

Ang epektong ito ay kilala bilang paggalaw ng capillary, o capillarity, at ang mga manipis na tubo na ito ay tinatawag na capillary tubes. Mahalagang tandaan na ang ating pinakamaliit na mga daluyan ng dugo ay maaari ding tawaging capillary tubes, dahil ang sirkulasyon ng dugo sa maliliit na daluyan na ito ay dahil din sa capillary effect. Katulad nito, ang penomeno ng pagkatunaw ng wax o kerosene na umaakyat sa isang mitsa ay kitang-kita rin. Bukod pa rito, ang capillarity ay pinaniniwalaang gumaganap ng mahalagang papel sa paggalaw ng tubig at mga sustansya mula sa mga ugat patungo sa mga dahon sa pamamagitan ng maliliit na daluyan ng xylem. Kung walang capillarity, ang ibabaw ng lupa ay agad na matutuyo pagkatapos ng ulan o patubig. Ang isa pang mahalagang epekto ng capillarity ay ang pagpapanatili ng tubig sa mga puwang sa pagitan ng mga partikulo ng lupa.

Ekwasyon ng Kapilari

Paano natin matutukoy ang taas ng tubig na umaakyat sa isang haligi ng tubo ng kapilyar? Tila tumataas ang likido sa haligi. tubong capillary na may radius na r hanggang sa taas na h. Ang puwersang gumaganap ng papel sa pagpigil sa likido sa taas na h ay ang bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw sa patayong direksyon: F cos theta.

Bukas ang itaas na bahagi ng tubo ng capillary, kaya ang presyon ng atmospera ay nailalapat sa ibabaw ng likido. Ang haba ng ibabaw na nakadikit sa pagitan ng likido at ng tubo ay 2 phi r (ang circumference ng bilog). Samakatuwid, ang magnitude ng patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw na kumikilos sa ibabaw na nakadikit ay:

Kung hindi papansinin ang pataas na kurba ng ibabaw ng likido, ang dami ng likido sa tubo ay:

Dami ng likido = Lugar ng ibabaw ng tubo x Taas ng likido

V = A h

V = (π r ² ) h

Kung ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay balansehin sa bigat ng haligi ng likido sa tubo ng capillary, hindi na maaaring tumaas pa ang likido. Sa madaling salita, maaabot ng likido ang pinakamataas nitong taas, kapag ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay balansehin sa bigat ng likido sa taas na h. Ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay:

F = γ 2 π r cos θ

Samantala, ang bigat ng likido sa tubo ng capillary ay:

w = mg

w = ρ V g

w = ρ (π r ² h) g

Kapag naabot ng likido ang pinakamataas na taas nito (h), ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay dapat na katumbas ng bigat ng likido sa tubo ng capillary. Sa matematika, ito ay nakasulat:

Ito ang ekwasyon na hinahanap natin. Kung gusto mong matukoy ang taas ng isang likidong haligi, gamitin lamang ang ekwasyon na ito.