Капіляр (фізика)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Jump to navigation Jump to search
Капілярний ефект у тонких трубках різної товщини й з різним змочуванням

Капіля́р (від лат. capillaris — волосяний) — трубка з вузьким внутрішнім каналом[1]. З капілярами пов'язані так звані капілярні явища.

Загальний опис[ред.ред. код]

Якщо помістити один кінець вузької трубки (капіляр) у широку посудину, наповнену рідиною, то внаслідок змочування або незмочування рідиною стінок капіляра кривина поверхні рідини в капілярі стає значною. Якщо рідина змочує матеріал капіляра, то всередині його поверхня рідини (меніск) має увігнуту форму, а рівень рідини всередині капіляра є вищим від відкритої поверхні. Якщо рідина не змочує матеріал капіляра, то меніск має опуклу форму, а рівень рідини всередині капіляра є нижчим відносно відкритої поверхні.

Під увігнутою поверхнею рідини з'явиться від'ємний надлишковий тиск, у результаті рідина в капілярі піднімається, оскільки над плоскою поверхнею рідини в широкій посудині надлишковий тиск відсутній. Якщо рідина не змочує стінки капіляра, то позитивний надлишковий тиск приведе до опускання рідини в капілярі. Явища зміни висоти рівня рідини в капілярах називають капілярними явищами.

У 1717 році Ж. Журен відкрив закон підйому рідини в капілярних трубках, названий його ім'ям (закон Журена). Обернено пропорційна залежність висоти підйому рідини в капілярах від діаметра капіляра була відома ще в 1670 році Дж. Бореллі. Закон Журена описується формулою:

де h — висота підняття стовпа рідини;

 — кут змочування рідиною стінки капіляра;
g — прискорення вільного падіння;
 — густина рідини;
 — густина газової фази;
r0 — радіус капіляра.

Формула отримана за допущення про те, що поверхня меніска є сферою, і може застосовуватись для випадків, коли висота підняття (опускання) рідини є набагато більшою за радіус капіляра .

Чем меншим є радіус капіляра r0, тим на більшу висоту піднімається в ній рідина. Висота підняття стовпа рідини зростає також із збільшенням коефіцієнта поверхневого натягу рідини.

При повній відсутності змочування , і рівень рідини в капілярі опускається на величину h. При повному змочуванні , і радіус меніска дорівнює радіусу капіляра.

Рідина в капілярі піднімається або опускається на таку висоту h, при якій тиск стовпа рідини (гідростатичний тиск) ρgh врівноважується надлишковим тиском Δp величина, якого визначається залежно від поверхневого натягу законом Лапласа (1806).

де: — коефіцієнт поверхневого натягу;

і  — головні радіуси кривини двох взаємно перпендикулярних нормальних перерізів поверхні.

Капілярні явища відіграють велику роль у природі й техніці. Наприклад, вологообмін у ґрунті й рослинах здійснюється за рахунок підняття води по як найтонших капілярах. На капілярності засновано дію ґнота, вбирання вологи бетоном, тощо.

Суперкапіляри[ред.ред. код]

Суперкапіляри – пори й тріщини в гірських породах розміром 0,1 - 0,5 мм і більше, вода в яких пересувається під дією сили ваги.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]