Капілярний тиск

Капілярний ефект у тонких трубках різної товщини й з різним змочуванням

Капіля́рний тиск (рос. давление капиллярное; англ. capillary pressure, нім. Kapillardruck m) – різниця тисків (±Δp), що виникає внаслідок скривлення поверхні рідини. Таку поверхню мають, наприклад, краплі в емульсіях і аерозолях, капілярні меніски. Позначимо тиск під скривленою поверхнею рідини — p_r, тиск під плоскою поверхнею — p₀. Капілярний тиск визначається рівнянням:

р_с = p_r – p₀ (1)

Знак капілярного тиску («плюс» або «мінус») залежить від знака кривини. Опуклі поверхні мають позитивну кривизну. Центр кривизни опуклої поверхні перебуває усередині відповідної фази (у цьому випадку — усередині рідини). Тоді згідно з рівнянням (1) капілярний тиск pc>0, тобто тиск під опуклою поверхнею рідини більше, ніж тиск під плоскою поверхнею: pr>p0. Приклад дисперсної частинки з опуклою поверхнею — крапля рідини в аерозолі або емульсії. Опуклу поверхню має меніск незмочуваної рідини в капілярі.

Увігнуті поверхні мають негативну кривизну, тому капілярний тиск pc<0 (цьому випадку відповідає знак «мінус» у рівнянні (1)). Тиск рідини pr під увігнутою поверхнею менше, чим під плоскою: pr<p0. Приклад увігнутої поверхні — меніск змочуваної рідини в капілярі.

Капілярний тиск — це стрибок тиску (Δp) на границі двох фаз, розділених скривленою поверхнею. Капілярний тиск залежить від поверхневого натягу й кривизни поверхні. Цей зв'язок описує закон Лапласа (1805). Зв'язок між капілярним тиском і радіусом кривизни r для ввігнутої сферичної поверхні:

p_c = — (2σ)/r. (2)

Негативний знак капілярного тиску показує, що усередині газового пухирця тиск pr більший, ніж тиск p0 у оточуючій його рідині. Саме із цієї причини пухирець не зникає під тиском навколишньої його рідини.

Для опуклої сферичної поверхні

p_c = + (2σ)/r. (3)

Рівняння (2) і (3) являють закон капілярного тиску Лапласа для сферичної поверхні. Для поверхні довільної форми закон Лапласа має вигляд:

p_c = ±σ(1/r₁ + 1/r₂), (4)

де r₁, r₂ — головні радіуси кривизни.

Див. також

• Капіляр (фізика)
• Закон Лапласа

Література

• Физическая энциклопедия. Т.2. Гл.ред. А. М. Прохоров. М.:Сов.энциклопедия. 1988.
• Айвазов В. В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции.- М.: Высшая школа, 1973. — 206 с.
• Бушок Г. Ф. Курс фізики [Текст] : у 3 кн. / Г. Ф. Бушок , Є. Ф. Венгер . - К. : Вища школа. Кн. 1 : Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка : навч. посіб. . - К. : Вища школа, 2002 . - 375 с. - ISBN 966-642-123-2
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Бойко В.С., Бойко Р.В. Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу. Тт. 1-2, 2004-2006 рр. 560 + 800 с.