Капиллярность

Кусок сахара, кирпич, промокательная бумага, полотенце и ряд других тел впитывают в себя воду. Чем это объясняется? Во всех таких телах имеется множество мелких каналов, напоминающих трубки с весьма узким просветом.

Такие трубки называют капиллярными (от лат. капиллус – волос).

Погрузим концы нескольких капиллярных стеклянных трубок в сосуд с водой. Вода в этих трубках поднимается значительно выше уровня воды в сосуде, и тем выше, чем уже трубка. Если такие же трубки опустить в сосуд с ртутью, то уровень ртути в них окажется ниже уровня в сосуде.

Поверхность жидкости в капиллярных трубках на всём своём протяжении кривая, её называют мениском. Как показывают рисунки, мениск в случае смачивания вогнутый, а при несмачивании выпуклый.

Высота поднятия жидкости в капиллярных трубках может быть легко вычислена.

На рисунке изображён увеличенный разрез капиллярной трубки, погружённой в жидкость. Поверхность жидкости удерживается на стекле внутри трубки по окружности 2?r, причём края поверхности почти вертикальны. Сила поверхностного натяжения действует в вертикальном направлении по длине окружности 2?r жидкой плёнки, прилипшей к стеклу. Если коэффициент поверхностного натяжения о, то вся сила, удерживающая жидкость за края поверхностной плёнки, равна 2яга, где г – радиус внутреннего канала трубки. Эта сила удерживает столб жидкости высотой h, вес которого ?r2hDg, где D – плотность жидкости.

Так как жидкость в трубке находится в равновесии, то:

2?r? = ?r2hDg

 

Откуда

h = 2?/rDg

Высота поднятия жидкости в капиллярной трубке прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения и обратно пропорциональна радиусу трубки и плотности жидкости.

Выведенная нами формула применима и для несмачивающей жидкости, только в этом случае надо говорить не о поднятии, а об опускании жидкости.

Капиллярностью объясняется распространение жидкости по пористым телам, например поднятие жидкости по фитилю, проникновение её в камни фундамента, поднятие влаги в почве.

Капиллярность почвы имеет весьма важное значение для сохранения и перемещения в ней влаги – факт, с которым серьёзно считаются в сельском хозяйстве. Дело в том, что влага, находящаяся в почве, поднимается по капиллярам на поверхность и испаряется. Чтобы уменьшить испарение, нужно разрушить капилляры. Это достигается разрыхлением почвы.

Иногда требуется, наоборот, усилить приток влаги по капиллярам. Тогда почву укатывают, увеличивая этим количество капиллярных каналов.

Особенно важную роль капиллярные явления играют в биологии. Большинство растительных и животных тканей пронизано громадным количеством всякого рода каналов, представляющих собой капиллярные сосуды. Движением жидкостей в этих сосудах объясняется, например, такое биологическое явление, как распространение питательных соков от корня до верхушек растений.

НАУЧНЫЕ РАЗДЕЛЫ