תכונות הקפילריות ודוגמה במים

ה קפילריות זה מאפיין של נוזלים המאפשר להם לעבור דרך חורים צינוריים או משטחים נקבובי אפילו נגד כוח הכבידה. לשם כך, חייב להיות איזון ותיאום של שני כוחות הקשורים מולקולות נוזלי: לכידות הידבקות; לאחר ששניים אלה משקפים פיזית את מתח הפנים.

הנוזל צריך להיות מסוגל להרטיב את הקירות הפנימיים של הצינור או את הנקבוביות של החומר שדרכו הוא נע. זה קורה כאשר כוח הדבקה (קיר נוזלי של צינור נימי) גדול יותר מאשר לכידות לכידות intermolecular. כתוצאה מכך, מולקולות נוזל ליצור אינטראקציות חזקות יותר עם האטומים של החומר (זכוכית, נייר, וכו ') מאשר ביניהם.

הדוגמה הקלאסית של הקפילריות מתוארת בהשוואת המאפיין הזה לשני נוזלים שונים מאוד: מים וכספית.

התמונה העליונה מראה כי המים עולה דרך קירות הצינור, כלומר יש לה כוחות הדבקה גבוהים יותר; בעוד ההפך קורה כספית, כי כוחות מליטה מלוכדת שלה למנוע ממנו להרטיב את הכוס.

מסיבה זו מים יוצר קערית המניסקוס, וכספית קערת המניסקוס (בצורת כיפה). כמו כן יש לציין כי ככל שרדיוס הצינור או הקטע דרכו עובר הנוזל, כך גדל גובה או מרחק הנסיעה (להשוות את גבהים של עמודות המים עבור שתי צינורות).

אינדקס

• 1 מאפייני קפילריות
  • 1.1 - פני השטח של הנוזל
  • 1.2 - גובה
  • 1.3 - מתח למתח
  • 1.4 -Radio של נימי או נקבוביות שבו הנוזל עולה
  • 1.5 - זווית מגע (θ)
• 2 קפילריות של מים
  • 2.1 על צמחים
• 3 הפניות

מאפייני הקפילריות

-משטח הנוזל

המשטח של הנוזל, לומר מים, בנימי הוא קעור; כלומר, המניסקוס הוא קעור. מצב זה מתרחש כי כתוצאה של כוחות המופעל על מולקולות מים ליד הקיר של הצינור מכוונת כלפי זה.

בכל המניסקוס יש זווית מגע (θ), שהיא הזווית שמייצרת את הקיר של צינור נימי עם קו משיק על פני השטח של הנוזל בנקודת המגע.

כוחות הדבקה וכידות

אם כוח ההדבקה של הנוזל לקיר נימי גוברת על כוח לכידות intermolecular, אז הזווית היא θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

כאשר טיפת מים מונחת על משטח זכוכית נקייה, המים מתפשטים על הזכוכית, כך ש θ = 0 ו cos θ = 1.

אם כוח לכידות intermolecular שורר על כוח הידבקות הקיר הנוזל של נימי, למשל כספית, המניסקוס יהיה קמור ואת זווית θ יהיה ערך> 90 מעלות; כספית לא להרטיב את קיר נימי ולכן יורד דרך הקיר הפנימי שלה.

כאשר טיפת כספית מונחת על משטח זכוכית נקייה, הטיפה שומרת על צורתה ועל הזווית θ = 140º.

-גובה

מים עולים דרך צינור נימי להגיע לגובה (ח), שבו המשקל של עמודה מים מפצה על הרכיב האנכי של כוח לכידות intermolecular.

ככל שעולה יותר מים, תגיע נקודה שבה כוח הכבידה יעצור את עלייתו, אפילו עם מתח הפנים עובד לטובתך.

כאשר זה קורה, המולקולות לא יכול להמשיך "לטפס" את הקירות הפנימיים, ואת כל הכוחות הפיזיים הם שווים. מצד אחד יש לך את הכוחות המקדמים את עליית המים, ומצד שני המשקל שלך דוחף אותו.

חוק ג'ורין

זה יכול להיות כתוב מתמטית כדלקמן:

2 π rΥcosθ = ρgπr²ח

כאשר הצד השמאלי של המשוואה תלוי במתח פני השטח, אשר גודלו קשור גם לכידות או לכוחות intermolecular; Cosθ מייצג את זווית המגע, ואת r רדיוס החור שדרכו הנוזל עולה.

ובצד ימין של המשוואה יש לנו את גובה h, כוח הכובד g, ואת צפיפות הנוזל; זה יהיה המים.

ניקוי אז יש לך

h = (2Υcosθ / ρgr)

ניסוח זה ידוע בשם החוק של Jurin, אשר מגדיר את הגובה שהגיע על ידי עמוד נוזלי, בצינור נימי, כאשר המשקל של עמוד נוזלי מאוזן עם כוח של עלייה על ידי נימיון.

-מתח הפנים

מים הם מולקולה דו-קוטבית, בשל electronegativity של אטום חמצן הגיאומטריה המולקולרית שלה. זה גורם לחלק של מולקולת המים שבו החמצן ממוקם להיות טעונה שלילית, ואילו חלק של מולקולת המים, המכיל את 2 אטומי המימן, הוא חיובי טעונה.

מולקולות בתוך הנוזל אינטראקציה הודות לכך באמצעות קשרים מימן מרובים, לשמור אותם יחד. עם זאת, מולקולות המים הנמצאים במימי הממשק: האוויר (פני השטח), כפופים למשיכה נטו על ידי מולקולות הסינוס הנוזלי, ולא מתוגמלים על ידי האטרקציה החלשה עם מולקולות האוויר..

לכן, מולקולות המים של הממשק נתונות לכוח אטרקטיבי הנוטה להסיר מולקולות מים מהממשק; כלומר, גשרים מימן נוצר עם המולקולות בתחתית לגרור אלה על פני השטח. לפיכך, מתח פני השטח מבקש להפחית את פני השטח של המים: ממשק האוויר.

הקשר עם ח

אם אתה מסתכל על המשוואה של החוק של Jurin, תגלה כי h הוא ביחס ישר Υ; לכן, ככל שמתח פני השטח של הנוזל גדול יותר, כך גדל גובה העולה דרך נימי או נקבוביות של חומר.

לכן, ניתן לצפות כי עבור שני נוזלים, A ו- B, עם מתחים פני השטח שונים, אחד עם מתח פני השטח הגבוה ביותר עולה לגובה גבוה יותר.

ניתן להסיק מנקודה זו כי מתח פני השטח הגבוה הוא המאפיין החשוב ביותר המגדיר את המאפיין נימי של נוזל.

-רדיוס של נימי או נקבוביות שבו הנוזל עולה

התצפית של חוק Jurin עולה כי הגובה שהגיע על ידי נוזל נימי או נקבוביות הוא ביחס הפוך לרדיוס של אותו.

לכן, ככל שהרדיוס קטן יותר, כך הגובה שהטור הנוזלי יגיע על ידי פעולה נימית. זה ניתן לראות ישירות בתמונה שבה המים מושווים כספית.

בצינור זכוכית עם רדיוס של רדיוס 0.05 מ"מ, עמוד המים על ידי נימים יגיעו לגובה של 30 ס"מ. ב צינורות נימי עם רדיוס של 1 מיקרומטר עם לחץ יניקה של 1.5 x 10³ hPa (שווה ל -1.5 atm) מתאים לחישוב גובה עמודת המים מ -14 עד 15 מ '.

זה דומה מאוד למה שקורה עם הקשיות האלה כי סובבים את עצמו כמה פעמים. על ידי מציצת הנוזל, נוצר הבדל בלחץ שגורם לנוזל לעלות אל הפה.

ערך גובה מקסימלי של העמודה להגיע על ידי נימיות היא תיאורטית, שכן רדיוס של נימי לא ניתן לצמצם מעבר לגבול מסוים.

חוק פויזואיל

זה קובע כי זרימה של נוזל אמיתי ניתנת על ידי הביטוי הבא:

Q = (πr⁴/ 8μl) ΔP

כאשר Q הוא הזרימה הנוזלית, η הוא צמיגותו, l אורך הצינור, ΔP ההבדל בלחץ.

כאשר הפחתת רדיוס נימי, גובה של עמודה של נוזל להגיע על ידי נימיות צריך להגדיל ללא הגבלת זמן. עם זאת, Poiseuille מציין כי הפחתת רדיוס גם מקטין את זרימת הנוזל דרך נימי זה.

בנוסף, צמיגות, המהווה מידה של התנגדות המתנגדת לזרימה של נוזל אמיתי, היה עוד יותר להקטין את זרימת הנוזל.

-זווית מגע (θ)

ככל שהערך של cosθ גבוה יותר, כך גובה עמוד המים על ידי נימים, כפי שצוין על ידי החוק של Jurin.

אם θ הוא קטן ומתקרב לאפס (0), cosθ הוא = 1, אז הערך h יהיה מקסימלי. להיפך, אם θ שווה ל -90 מעלות, cosθ = 0 וערך h = 0.

כאשר הערך של θ גדול מ -90 מעלות, שהוא המקרה של המעיין הקמור, הנוזל אינו עולה על ידי קפילריות ונטייתו יורדת (כפי שקורה בכספית).

נימי מים

למים יש ערך מתח של 72.75 N / m, גבוה יחסית לערכים למתח פני השטח של הנוזלים הבאים:

-אצטון: 22.75 N / m

-אלכוהול אתילי: 22.75 N / m

-הקסאן: 18.43 N / m

-מתנול: 22.61 N / m.

לכן, למים יש מתח פנים יוצא דופן, אשר מעדיף את התפתחות התופעה נימי כל כך הכרחי לקליטה של ​​מים וחומרים מזינים על ידי צמחים.

על הצמחים

הקפילריות היא מנגנון חשוב לעליית השד על ידי עצה של הצמחים, אבל זה לא מספיק על ידי עצמו כדי להפוך את SAP להגיע לעלים של העצים.

הזרימה או האידוי הם מנגנון חשוב בעלייה של הסאפ על ידי העצה של הצמחים. העלים מאבדים מים על ידי אידוי, ויוצרים ירידה בכמות מולקולות המים, מה שגורם למשיכה של מולקולות המים הנמצאות בצינורות הנימיים (עצה).

מולקולות המים אינן פועלות בנפרד זו מזו, אלא פועלות על ידי כוחות ואן דר ואלס, מה שגורם להם לעלות על ידי צינורות נימי של הצמחים לעבר העלים.

בנוסף למנגנונים אלה, יש לציין כי הצמחים סופגים מים מהקרקע על ידי אוסמוזה וכי לחץ חיובי שנוצר בשורש, מניע את תחילת עליית המים דרך נימים של הצמח.

הפניות

1. García פרנקו א (2010). תופעות שטחיות. מקור: sc.ehu.es
2. תופעות פני השטח: מתח הפנים וקפילריות. [PDF] מקור: ugr.es
3. ויקיפדיה. (2018). קפילריות מקור: en.wikipedia.org
4. Risvhan T. (s.f.) נימיות של הצמחים. מקור: אקדמיה
5. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (22 בדצמבר 2018). פעולה נימית: הגדרה ודוגמאות. מקור: Thinkco.com
6. אלן אליס מ '(2018). פעולה נימית של מים: הגדרה ודוגמאות. מחקר. מקור:
7. צוות מדענים. (16 ביולי 2017). דוגמאות שמסבירות את המושג ואת המשמעות של פעולה נימית. מקור: sciencestruck.com