Формула Лапласа

Рассмотрим для примера случай круглого капилляра радиуса r, погружённого в большой сосуд с жидкостью, несмачивающей стенки капилляра. При этом внутри капилляра образуется мениск, и под действием дополнительного давления ∆p жидкость в капилляре опускается на некоторую глубину, как это показано на рис.6. В широком сосуде благодаря действию силы тяжести можно считать поверхность жидкости практически плоской. В узкой трубке, напротив, можно пренебречь действием сил тяжести по сравнению с силами поверхностного натяжения и поверхность жидкости считать сферой некоторого радиуса R. Из рисунка 6 видно, что R=r/|cosθ|, где θ – краевой угол на границе жидкость - твёрдая стенка.

На уровне поверхности в капилляре давление жидкости равно p+∆p=p+2α/R, где p – внешнее давление в газе. По закону сообщающихся сосудов оно должно быть равно полному давлению на этом уровне в широком сосуде p+ρgh, где ρgh – гидростатическое давление столба жидкости плотности ρ на глубине h (g – ускорение силы тяжести). Приравнивая, получим:

p+2α/R= p+ρgh (8), откуда

h=2α/ρgR=2α|cosθ|. (9)

В точности такое же выражение мы получим и для высоты поднятия жидкости, смачивающей стенки капилляра радиуса r. При полном смачивании (например вода –стекло) θ=0, cosθ=1, радиус мениска R равен радиусу капилляра r и высота поднятия жидкости равна

h=2α/ρgr (10)

Из (9) и (10) следует, что высота поднятия или опускания жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу.

Капиллярные явления играют большую роль в природе, технике, сельском хозяйстве, в быту и при научных исследованиях. По тонким капиллярным каналам в фитиле керосин поднимается из резервуара к горелке. Если между фундаментом и стенами строящегося здания не проложить слой гидроизоляции, то влага из почвы будет подниматься по капиллярным порам кирпича и вызовет отсыревание всего здания. Если диаметр обоих колен ртутного манометра неодинаков и притом один из них – капилляр, то ртуть в них будет находиться на неодинаковом уровне, что приведёт к ошибкам в измерении давления.

Перейти на страницу: 1 2 

О проекте

Мы создали этот проект для людей, которых интересует наука физика. Материалы на сайте представлены интересно и понятно.

Новые статьи

Солнечная энергия
Ведущим экологически чистым источником энергии является Солнце.
Энергия ветра
По оценке Всемирной метеорологической организации запасы энергии ветра в мире составляют 170 трлн кВт·ч в год.