Ciri-ciri dan contoh capillarity di dalam air

The capillarity Ia adalah harta cecair yang membolehkan mereka bergerak melalui lubang tiub atau permukaan berliang bahkan terhadap daya graviti. Untuk ini, perlu ada keseimbangan dan koordinasi dua daya yang berkaitan dengan molekul cecair: perpaduan dan melekat; mempunyai kedua-dua refleksi fizikal ini dipanggil ketegangan permukaan.

Cecair perlu basah dinding dalaman tiub atau pori-pori bahan di mana ia bergerak. Ini berlaku apabila daya melekat (dinding cecair daripada tiub kapilari) lebih besar daripada daya kohesi antara intermolecular. Oleh itu, molekul cecair mewujudkan interaksi yang lebih kuat dengan atom-atom bahan (kaca, kertas, dll) daripada di antara mereka.

Contoh kapitalar klasik digambarkan dalam perbandingan harta ini untuk dua cecair yang sangat berbeza: air dan merkuri.

Imej atas menunjukkan bahawa air naik melalui dinding tiub, yang bermaksud bahawa ia mempunyai kekuatan lekatan yang lebih tinggi; manakala yang bertentangan berlaku dengan merkuri, kerana daya ikatan logam yang padat dan logam menghalangnya daripada membasahi kaca.

Atas sebab ini air membentuk meniscus cekung, dan merkuri adalah meniscus cembung (berbentuk kubah). Perlu juga diperhatikan bahawa jejari tabung atau bahagian yang lebih kecil di mana cairan bergerak, semakin tinggi ketinggian atau jarak perjalanan (membandingkan ketinggian lajur air untuk kedua-dua tiub).

Indeks

• 1 Ciri-ciri capillarity
  • 1.1 - Permukaan cecair
  • 1.2 -Height
  • 1.3 Ketegangan permukaan
  • 1.4 -Radio kapilari atau liang di mana cecair naik
  • 1.5 - Sudut kenalan (θ)
• 2 Kapasiti air
  • 2.1 Pada tumbuhan
• 3 Rujukan

Ciri-ciri capillarity

-Permukaan cecair

Permukaan cecair, untuk mengatakan air, dalam kapilari adalah cekung; iaitu meniskus adalah cekung. Keadaan ini berlaku kerana hasil daya yang dikenakan pada molekul air berhampiran dinding tiub diarahkan ke arah ini.

Dalam semua meniscus terdapat sudut kontak (θ), yang merupakan sudut yang membentuk dinding tiub kapilari dengan garis tangen ke permukaan cecair pada titik kontak.

Daya lekat dan kohesi

Sekiranya daya lekat cecair ke dinding kapilari mengatasi kekuatan kohesi antara intermolecular, maka sudut adalah θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Apabila setitik air diletakkan pada permukaan kaca yang bersih, air menyebar ke kaca, supaya θ = 0 dan cos θ = 1.

Sekiranya daya kohesi intermolecular mengatasi kekuatan melekat dinding cecair kapilari, contohnya dalam raksa, meniskus akan cembung dan sudut θ akan mempunyai nilai> 90º; raksa tidak basah dinding kapilari dan oleh itu turun melalui dinding dalamannya.

Apabila setetes merkuri diletakkan pada permukaan kaca yang bersih, titisan itu mengekalkan bentuknya dan sudut θ = 140º.

-Ketinggian

Air naik melalui tiub kapilari untuk mencapai ketinggian (h), di mana berat lajur air mengkompensasi komponen menegak dari kekuatan kohesi intermolecular.

Apabila lebih banyak air naik, akan ada satu titik di mana graviti akan menghentikan kenaikannya, walaupun dengan ketegangan permukaan berfungsi dengan baik.

Apabila ini berlaku, molekul tidak boleh terus "memanjat" dinding dalaman, dan semua kuasa fizikal disamakan. Di satu pihak anda mempunyai kuasa yang mempromosikan kebangkitan air, dan di sisi lain berat badan anda sendiri menolaknya.

Undang-undang Jurin

Ini boleh ditulis secara matematik seperti berikut:

2 π rΥcosθ = ρgπr²h

Di mana sebelah kiri persamaan itu bergantung kepada ketegangan permukaan, yang magnitudnya juga berkaitan dengan kekuatan kohesi atau intermolecular; Cosθ mewakili sudut sentuhan, dan r jejari lubang di mana cecair naik.

Dan di sebelah kanan persamaan kita mempunyai ketinggian h, daya graviti g, dan ketumpatan cecair; itu akan menjadi air.

Bersihkan kemudian h anda ada

h = (2Υcosθ / ρgr)

Perumusan ini dikenali sebagai Hukum Jurin, yang mentakrifkan ketinggian yang dicapai oleh lajur cecair, dalam tiub kapilari, apabila berat lajur cecair seimbang dengan daya kenaikan oleh kapilar.

-Ketegangan permukaan

Air adalah molekul dipolar, kerana elektronegativiti atom oksigen dan geometri molekulnya. Ini menyebabkan bahagian molekul air di mana oksigen berada secara negatif, manakala bahagian molekul air, yang mengandungi 2 atom hidrogen, dikenakan caj positif.

Molekul-molekul dalam cecair berinteraksi dengan ini melalui beberapa ikatan hidrogen, menjaga mereka bersama-sama. Walau bagaimanapun, molekul air yang berada di antara muka air: udara (permukaan), tertakluk kepada tarikan bersih oleh molekul sinus cair, tidak diberi pampasan oleh tarikan lemah dengan molekul udara..

Oleh itu, molekul air antara muka adalah tertakluk kepada daya tarikan yang cenderung untuk menghilangkan molekul air dari antara muka; iaitu, jambatan hidrogen terbentuk dengan molekul di bahagian bawah menyeret mereka yang berada di permukaan. Oleh itu, ketegangan permukaan bertujuan mengurangkan permukaan air: antara muka udara.

Hubungan dengan h

Jika anda melihat persamaan undang-undang Jurin, anda akan mendapati bahawa h adalah berkadar terus dengan Υ; oleh itu, semakin ketegangan permukaan cecair, semakin tinggi ketinggian yang dapat naik melalui kapiler atau liang bahan.

Oleh itu, boleh dikatakan bahawa bagi dua cecair, A dan B, dengan ketegangan permukaan yang berbeza, satu dengan ketegangan permukaan tertinggi meningkat ke ketinggian yang lebih tinggi.

Ia dapat disimpulkan dari sudut ini bahawa ketegangan permukaan yang tinggi adalah ciri yang paling penting yang mentakrifkan sifat kapilari cecair.

-Radius kapilari atau liang di mana cecair naik

Pemerhatian Undang-Undang Jurin menunjukkan bahawa ketinggian yang dicapai oleh cecair dalam kapilari atau pori-pori adalah berkadar songsang dengan jejari yang sama.

Oleh itu, jejari yang lebih kecil, semakin tinggi ketinggian bahawa lajur cecair akan dicapai oleh tindakan kapilari. Ini dapat dilihat secara langsung dalam imej di mana air dibandingkan merkuri.

Dalam tiub kaca dengan jari-jari radius 0.05 mm, lajur air dengan capillarity akan mencapai ketinggian 30 cm. Dalam tiub kapilari dengan jejari 1 μm dengan tekanan sedutan 1.5 x 10³ hPa (yang bersamaan dengan 1.5 atm) sepadan dengan pengiraan ketinggian lajur air dari 14 hingga 15 m.

Ini sangat mirip dengan apa yang terjadi dengan jerami yang berputar itu sendiri beberapa kali. Dengan menghisap cecair, perbezaan tekanan dicipta yang menyebabkan cecair naik ke mulut.

Nilai ketinggian maksimum lajur yang dicapai oleh capillarity adalah teori, kerana radius kapilari tidak dapat dikurangkan melebihi batas tertentu.

Undang-undang Poiseuille

Ini menunjukkan bahawa aliran cecair sebenar diberikan oleh ungkapan berikut:

Q = (πr⁴/ 8ηl) ΔP

Di mana Q ialah aliran cecair, η ialah kelikatannya, l panjang tiub, dan ΔP perbezaan tekanan.

Apabila mengurangkan radius kapilari, ketinggian lajur cecair yang dicapai oleh capillarity perlu meningkat selama-lamanya. Walau bagaimanapun, Poiseuille menunjukkan bahawa penurunan jejari juga mengurangkan aliran cecair melalui kapilari itu.

Di samping itu, kelikatan yang merupakan ukuran rintangan yang menentang aliran cecair sebenar, akan terus mengurangkan aliran cecair.

-Sudut kenalan (θ)

Semakin tinggi nilai kosθ, semakin tinggi ketinggian lajur air dengan kapilar, seperti yang ditunjukkan oleh Hukum Jurin.

Jika θ kecil dan pendekatan sifar (0), cosθ adalah = 1, maka nilai h akan maksimum. Sebaliknya, jika θ adalah sama dengan 90º, cosθ = 0 dan nilai h = 0.

Apabila nilai θ lebih besar daripada 90º, yang mana kes meniscus cembung, cecair tidak meningkat dengan kapilar dan kecenderungannya turun (seperti yang berlaku dengan raksa).

Kapilari air

Air mempunyai nilai ketegangan permukaan 72.75 N / m, relatif tinggi berbanding dengan nilai-nilai ketegangan permukaan cecair berikut:

-Aseton: 22.75 N / m

-Etil alkohol: 22.75 N / m

-Hexane: 18.43 N / m

-Methanol: 22.61 N / m.

Oleh itu, air mempunyai ketegangan permukaan yang luar biasa, yang menyokong pembangunan fenomena kapilari yang sangat diperlukan untuk penyerapan air dan nutrien oleh tumbuhan.

Pada tumbuhan

Capillarity adalah mekanisme penting untuk kebangkitan sap oleh xylem tumbuhan, tetapi ia tidak cukup dengan sendirinya untuk membuat sap mencapai daun-daun pokok.

Transpirasi atau penyejatan adalah mekanisme penting dalam pendakian sap oleh xylem tumbuhan. Daun kehilangan air dengan penyejatan, menghasilkan penurunan jumlah molekul air, yang menyebabkan daya tarikan molekul air hadir dalam tiub kapilari (xylem).

Molekul air tidak bertindak secara berasingan antara satu sama lain, tetapi berinteraksi dengan pasukan Van der Waals, yang menyebabkan mereka naik dihubungkan oleh tiub kapilari tumbuhan ke arah daun.

Di samping mekanisme ini, perlu diperhatikan bahawa tumbuhan menyerap air dari tanah dengan osmosis dan tekanan positif yang dijana pada akar, mendorong permulaan pendakian air melalui kapilari tumbuhan.

Rujukan

1. García Franco A. (2010). Fenomena cetek. Diperolehi daripada: sc.ehu.es
2. Fenomena permukaan: ketegangan permukaan dan capillarity. [PDF] Diperolehi daripada: ugr.es
3. Wikipedia. (2018). Capillarity Diperolehi daripada: en.wikipedia.org
4. Risvhan T. (s.f.) Capillarity dalam tumbuhan. Diperolehi daripada: academia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Disember 2018). Tindakan Kapilari: Definisi dan Contoh. Diperolehi daripada: thoughtco.com
6. Ellen Ellis M. (2018). Tindakan Air Kapilari: Definisi & Contoh. Kajian. Diperolehi daripada: study.com
7. Kakitangan SainsStruck. (16 Julai 2017). Contoh-contoh Yang Menjelaskan Konsep dan Maksud Tindakan Kapilari. Diperolehi daripada: sciencestruck.com