§ 69. Капиллярные
явления
Если поместить узкую трубку (капилляр) одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то
вследствие смачивания или несмачивания жидкостью
стенок капилляра кривизна поверхности жидкости в капилляре становится
значительной. Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри ее
поверхность жидкости — мениск— имеет вогнутую форму, если не смачивает — выпуклую (рис.
101).
Под вогнутой поверхностью жидкости появится
отрицательное избыточное давление, определяемое по формуле (68.2). Наличие
этого давления приводит к тому, что жидкость в капилляре поднимается, так как
под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет.
Если же жидкость не смачивает стенки капилляра, то положительное избыточное
давление приведет к опусканию жидкости в капилляре. Явление изменения высоты
уровня жидкости в капиллярах называется капиллярностью.
Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой давление столба жидкости (гидростатическое
давление) rgh уравновешивается избыточным давлением
Dр, т. е.
2s/R=rgh,
где r — плотность жидкости, g — ускорение
свободного падения.
Если m — радиус капилляра, q — краевой угол, то из рис. 101 следует, что (2scosq)/r=rgh, откуда
h=(2scosq)/(rgr). (69.1)
В соответствии с тем, что смачивающая жидкость по
капилляру поднимается, а несмачивающая — опускается,
из фор-
116
мулы (69.1) при q<p/2 (cosq>0) получим положительные значения Л, а
при 0>p/2 (cosq<0) —отрицательные. Из выражения (69.1)
видно также, что высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно
пропорциональна его радиусу. В тонких капиллярах жидкость поднимается
достаточно высоко. Так, при полном смачивании (6 = 0) вода (r=1000 кг/м3, s=0,073 Н/м) в капилляре диаметром 10 мкм
поднимается на высоту h»3 м.
Капиллярные явления играют большую роль в природе и
технике. Например, влагообмен в почве и в растениях
осуществляется за счет поднятия воды по тончайшим капиллярам. На
капиллярности основано действие фитилей, впитывание влаги бетоном и т. д.
