Włoskowatość cieczy

Włoskowatość jest zjawiskiem polegającym na podnoszeniu się lub obniżaniu poziomu menisku cieczy w cienkiej rurce (tzw. kapilarze), która jest zanurzona w cieczy, znajdującej się pod działaniem siły grawitacji.
Rys. 1. Włoskowatość cieczy w przypadku menisku a) wklęsłego, b) wypukłego.

W przypadku gdy, ciecz tworzy menisk wklęsły (tj. zwilża ścianki naczynia) poziom cieczy w kapilarze wzrasta. Gdy ciecz nie zwilża ścianek kapilary jej poziom ulega obniżeniu.
 
Zjawisko włoskowatości umożliwia wyznaczenie współczynnika napięcia powierzchniowego danej cieczy. W przypadku menisku wklęsłego ciężar cieczy (Q) o wysokości h w kapilarze jest równoważony przez siłę napięcia powierzchniowego (F). Odpowiednie siły są równe:

Q=mg= \pi r ^{2}h \rho g

F=2 \pi r \sigma
 
gdzie: m – masa słupa cieczy o wysokości h, g – przyspieszenie ziemskie, r – promień przekroju kapilary, ρ – gęstość cieczy, σ – współczynnik napięcie powierzchniowego.

Porównując ze sobą powyższe wyrażenia otrzymamy:

2 \pi r \sigma = \pi r ^{2} h \rho g

 \sigma = \frac{rh \rho g}{r \rho g}
 
Jak wynika z ostatniego równania znajomość promienia kapilary, wysokości oraz gęstości cieczy umożliwia obliczenie współczynnika napięcia powierzchniowego cieczy. Przekształcając równanie względem h, otrzymamy:

h= \frac{2 \sigma }{r \rho g}
 
Zatem poziom cieczy jest tym większy, im mniejsza jest średnica kapilary.

Wyprowadzając powyższe wyrażenia przyjęto upraszczające założenie, że powierzchnie cieczy i rurki są do siebie styczne tzn. tworzą ze sobą kąt zero stopni. W rzeczywistości nie jest to prawdą, gdyż meniski tworzą ze ściankami naczynia pewien kąt α różny od 0, co powoduje, że równanie na σ należy dodatkowo podzielić przez cosinus tego kąta, tak więc w ogólnym przypadku:
 \sigma = \frac{rh \rho g}{2cos \alpha }     oraz  h= \frac{2 \sigma cos \alpha }{r \rho g} .

Zjawisko włoskowatości ma ogromne znaczenie dla przyrody, gdyż umożliwia przemieszczanie się ku górze płynów wewnątrz cienkich włókien roślin oraz wewnątrz szczelin w glebie. W oparciu o zjawisko włoskowatości działają knoty świec oraz tkaniny, których zadaniem jest jak najlepsze wchłanianie cieczy.

Polecamy również:

Komentarze (1)
Wynik działania 1 + 5 =
jj69
2015-11-20 16:55:07
przydatne
Ostatnio komentowane
.
• 2024-02-24 12:28:53
Dziękuję za szczegółowy wykaz wraz z opisem.
• 2024-02-23 13:00:06
okokok
• 2024-02-22 15:33:45
OK
• 2024-02-21 20:23:35
dziękuję bardzo ratujecie mnie
• 2024-02-21 19:08:12