Табиғаттағы капиллярлық құбылыстар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан-Ресей Медициналық Университеті

"БОӨЖ-7"
Реферат
Тақырыбы: Капиллярлық құбылыстар

Орындаған: Сайран С.Т
Мамандығы: Жалпы медицина
Тобы: 104-А
Кафедра: Медициналық биофизика
Тексерген: Уразакынов Д.К

Алматы, 2020
Мазмұны
I.КІРІСПЕ
1.Пайда болуы
2.Анықталуы мен рөлі
II.НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.Капиллярлық құбылыстар
2.Табиғаттағы капиллярлық құбылыстар
3.Капиллярлық құбылыстардың маңызы
III.ҚОРЫТЫНДЫ
IV.ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
V.ҚОСЫМША
КІРІСПЕ
Пайда болуы
Капиллярлық құбылыстар - бір-бірімен араласпайтын заттардың шекарасында, беттік керілудің әсерінен пайда болатын физ. құбылыстар. Басқа сұйықтықпен, газбен немесе өзінің буымен шекаралас орналасқан сұйық бетінің иілуі де К. қ-қа жатады. Сұйықтық бетінің иілуі салдарынан, оның астында қосымша капиллярлық қысым (р) пайда болады. Бұл қысымның шамасы Лаплас теңдеуімен өрнектеледі: р=р1 - - р2=212r, мұндағы 12 - екі ортаның шекарасындағы беттік керілу, р1 және р2 - сұйықтықтағы (1) және онымен жанасқан ортадағы (2) қысым, r - беттің орташа қисықтық радиусы. Сұйықтықтың ойыс бетінің (r0) астындағы қысым теріс таңбалы (р0), ал дөңес бетінің (r0) астындағы қысым оң таңбалы (р0) болады. Шекаралық бет жазық (r=) болса, сұйықтыққа қосымша қысым әсер етпейді (р=0). К. қ. молекулааралық күш пен сыртқы күш (негізінен, ауырлық күші) әсерінен болатын сұйықтық бетінің тепе-теңдігі мен қозғалысының кейбір түрлерін де қамтиды. Сыртқы күш әсер етпесе немесе ол басқа күшпен теңгерілсе, сұйықтық беті жазық болмай имек болады. Мыс., салмақсыздық жағдайындағы шектелген сұйықтық көлемі беттік керілудің әсерінен шар тәрізді пішін алады. Бұл жағдайда сұйықтық орнықты тепе-теңдікте болады. Өйткені, көлемдері бірдей геом. денелердің ішінде бетінің ауданы ең аз болатын дене - шар. Едәуір мөлшерде алынған тұтқырлығы аз сұйықтық, өзі құйылған ыдыстың пішінін қабылдайды. Жердің тарту күші беттік керілудің әсерін жеңетіндіктен, мұндай сұйықтықтың бос беті жазық болады. Бірақ сұйықтықтың массасы кеміген сайын беттік керілудің рөлі артады. Сұйықтықты газ ішіне бүріккенде немесе газды сұйықтықпен араластырғанда шар тәрізді майда тамшылар немесе көпіршіктер пайда болады.
Анықталуы мен рөлі
Қатты денемен жанасқан сұйықтық бетінің пішіні жұғу құбылысының әсері бойынша анықталады. Сұйықтық қатты денеге жұғу үшін, сұйықтық пен сол қатты дене молекулалары арасындағы ілінісу күші (F1) сұйықтық молекулаларының өз арасындағы тартылу күшінен артық (F2) болуы керек (яғни F1F2). Бұл жағдайда сұйықтық ыдыс қабырғасымен жоғары көтеріледі (суреттегі а). Оның тар ыдыстағы (капилляр түтіктегі) беті ойыс болады. Қатты денеге жұқпайтын (яғни F1F2) сұйықтықтың капилляр түтіктегі деңгейі кең ыдыстағы сұйықтық деңгейінен төмен әрі оның беті дөңес (суреттегі ә) болып келеді. Капилляр түтіктегі сұйықтықтың имек беті мениск деп аталады. Жұғатын сұйықтықтың менискісі ойыс, жұқпайтын сұйықтықтың менискісі дөңес болады. Ойыс менискі астындағы капиллярлық қысым теріс болғандықтан, түтіктегі сұйықтық салмағы капиллярлық қысыммен (р) теңгерілгенше, сұйықтық жоғары көтеріле береді. Тепе-теңдік күйде мына қатыс орындалады: (1 - 2)gh=p=212r, мұндағы 1 және 2 - сұйықтық (1) пен газдың (2) тығыздығы, 12 - фазааралық беттік керілу, r - мениск беті орташа қисықтығының радиусы, g - еркін түсу үдеуі. Д.Жюрен (1684 - 1750) формуласы деп аталатын бұл өрнек сұйықтықтың капилляр түтік бойымен көтерілу (не төмен түсу) биіктігін (h) анықтайды.
К. қ. табиғатта, күнделікті өмірде және өндірісте елеулі рөл атқарады. Судың топыраққа және әр түрлі кеуек материалдарға сіңуі, керосиннің білтемен жоғары көтерілуі, кентасты байыту үшін қолданылатын флотация осы К. қ-ға негізделген.
К. қ-ды алғаш рет Леонардо да Винчи (15 ғ.) ашып зерттеген. Онан кейін Б.Паскаль (17 ғ.) мен Дж.Жюрен (18 ғ.) капилляр түтіктің көмегімен тәжірибе жасаған. К. қ-дың теориясы Т.Юнгтің (1805), П.Лапластың (1806), Дж.Гиббстің (1875) және И.С. Громеканың (1879, 1886) еңбектерінде дамытылған.

Капиллярлық құбылыстар сұйықтықтың басқа ортамен оның шекарасындағы беткейлік құбылыстары оның бетінің қисық сызығымен байланысты. Газ фазасымен шекарадағы сұйық бетінің қисықтығы интерфейсті қысқартып, сұйықтың шектеулі көлемін шар тәрізді етіп беретін сұйықтықтың беткі кернеуі нәтижесінде пайда болады. Шардың берілген көлем үшін минималды беті болғандықтан, бұл пішін сұйықтықтың минималды беттік энергиясына сәйкес келеді, яғни. оның тұрақты тепе-теңдік жағдайы. Сұйықтықтың жеткілікті үлкен массалары болған жағдайда, беттік керілудің әсері ауырлық күшімен өтеледі, сондықтан аз тұтқырлығы бар сұйықтық тез құйылатын ыдыстың формасын және оның еркіндігін тез алады. беті тегіс болып көрінеді. Ауырлық күші болмаған кезде немесе өте аз массалар жағдайында сұйықтық әрқашан сфералық пішінді алады (тамшы), оның беткейлік қисығы көпшікті анықтайды. заттың қасиеттері. сондықтан капиллярлық құбылыстар Нөлдік ауырлық жағдайында, сұйықтықты газ тәріздес ортада ұсақтау кезінде (немесе сұйықтықтағы газдың атомизациясы) және будың конденсациясы кезінде сұйықтық тамшыларының жаңа фазасының нуклеациясы кезінде көптеген тамшылардан немесе көпіршіктерден (эмульсиялар, аэрозольдер, көбіктер) тұратын жүйелердің қалыптасуында айтылған және маңызды рөл атқарады. , қайнау кезіндегі бу көпіршіктері, кристалдану ядролары. Сұйықтың конденсацияланған денелермен (басқа сұйық немесе қатты) жанасуында интерфейстің кернеуі нәтижесінде қисықтық пайда болады. Ылғалдану жағдайында, мысалы, сұйықтық ыдыстың қатты қабырғасына тигенде, қатты зат пен сұйықтықтың молекулалары арасындағы тартылыс күштері оны кеме қабырғасы бойымен көтеруге мәжбүр етеді, нәтижесінде сұйықтың қабырғаға жақын орналасқан беткі бөлігі вогт пішінді болады. Тар арналарда, мысалы, цилиндрлік капиллярларда вогнуты менискус пайда болады - сұйықтықтың толығымен иілген беті (1-сурет). Інжір. 1. Капиллярлар биіктікке көтеріледі сағсұйықтық, капилляр радиусын ылғалдандырады р;q - сулану бұрышы.
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
Капиллярлық құбылыстар
Беттік (интерфазалық) кернеу күштері сұйықтықтың бетіне тікелей бағытталғандықтан, соңғысының қисықтықтары сұйықтық көлеміне бағытталған компоненттің пайда болуына әкеледі. Нәтижесінде капиллярлық қысым пайда болады, Dp мәні Лаплас теңдеуімен r 0 беткейлік қисықтықтың орташа радиусына байланысты болады: Dp = p 1 - p 2 \u003d 2s 12 r 0, (1) мұндағы p 1 және p 2 - сұйықтық 1 және көрші 2 фазадағы қысым (газ немесе сұйық), s 12 - беткейлік (интераксиалды) кернеу. Егер сұйықтықтың беті қисайған болса (r 0) 0), давление в ней оказывается пониженным по сравнению с давлением в соседней фазе p 1 р 2 и Dp 0. Для выпуклых поверхностей (r 0 0) Dp белгісі кері қайтарылады. Капилляр қабырғалары сұйықтықпен суланған кезде пайда болатын теріс қысым капиллярға сұйық бағанның салмағы жоғарылағанша сіңіп кетеді сағдифференциалды қысымды Dp теңгермейді. Тепе-теңдік кезінде капиллярлардың көтерілу биіктігі Юрен формуласымен анықталады: мұндағы r 1 және r 2 сұйықтықтың тығыздығы 1 және орта 2, g - тартылыс үдеуі, r - капилляр радиусы, q - байланыс бұрышы. Сұйықтықтардың капиллярлық суланбайтын қабырғалары үшін cos q 0, что приводит к опусканию жидкости в капилляре ниже уровня плоской поверхности (h 0). (2) өрнегінен тұрақты капиллярлы сұйықтық анықталады және\u003d 12. Ол ұзындық өлшеміне ие және сызықтық өлшемді сипаттайды Z[ және,капиллярлық құбылыстар маңызды бола бастайды, сондықтан су үшін 20 ° С a \u003dЖеңіл тартылыс кезінде (g: 0) 0,38 см жәнеартуы. Бөлшектердің түйіскен жерінде капиллярлық конденсация Dp қысымының төмендеуінің әсерінен бөлшектердің тарылуына әкеледі 0.
Сұйық бетінің қисықтығы тепе-тең бу қысымының жоғарылауына әкеледі rқысыммен салыстырғанда қаныққан бу p sсол температурада тегіс беткейден жоғары Т.Бұл өзгерістер Кельвин теңдеуімен сипатталады: мұндағы сұйықтықтың молярлық мөлшері, R - газ тұрақтысы. Бу қысымының төмендеуі немесе жоғарылауы беттің қисықтық белгісіне байланысты: дөңес беттерге қарағанда (r 0\u003e 0) p\u003e p s;артық винт (r 0) 0) r р s . . Сонымен, тамшылардан жоғары, бу қысымы жоғарылайды; везикулаларда, керісінше, төмендетілген. Кельвин теңдеуінің негізінде капиллярларды немесе кеуекті денелерді толтыру есептеледі капиллярлық конденсация.Мәндерден бері rәр түрлі мөлшердегі бөлшектер үшін немесе депрессия мен шығыңқы беті бар бөліктер үшін ерекшеленеді, (3) теңдеуі жүйенің тепе-теңдік күйіне өту кезіндегі заттардың ауысу бағытын анықтайды. Бұл, атап айтқанда, салыстырмалы түрде үлкен тамшылардың немесе бөлшектердің ұсақтары булануы (еруі) нәтижесінде өсіп, ал кристаллсыз денелер дақтардың еруі мен қуыстардың сауығуы салдарынан беткейлік бұзылуларды тегістейді. Бу қысымы мен ерігіштіктің айтарлықтай айырмашылығы тек аз 0 болғанда пайда болады (су үшін, мысалы, r 0). Кельвин теңдеуі коллоидтық жүйелер мен кеуекті денелер мен олардағы процестердің күйін сипаттау үшін жиі қолданылады. Інжір. 2. Сұйықтықтың ұзындыққа қозғалысы л радиус капиллярында r; q - жиек бұрышы.
Менисканың вогнуты астындағы қысымның төмендеуі, қисықтықтың радиусы аз сұйықтықтың менисциге қарай капиллярлық қозғалысының себептерінің бірі болып табылады. Мұның ерекше жағдайы - кеуекті денелерді сіңдіру - сұйықтықтың лиофильді тесіктер мен капиллярларға өздігінен сіңуі (2-сурет). Жылдамдық vкөлденең орналасқан капиллярдағы (немесе өте жұқа тік капиллярдағы, ауырлық күші аз болған кезде) менискус қозғалысы Пуэсейле теңдеуімен анықталады: Қайда л - жұтылған сұйық аймақтың ұзындығы, h - оның тұтқырлығы, Dp - аймақтағы дифференциалды қысым лменискус капиллярлық қысымына тең: Dp \u003d - 2s 12 cos q r. Егер q байланыс бұрышы жылдамдыққа тәуелсіз болса vуақыт өте келе сіңірілетін сұйықтық мөлшерін есептей аласыз тқатынасынан: л(т) \u003d ((12 cos q 2h) л 2. (5) Егер q функция болса vсодан кейін л және vнеғұрлым күрделі тәуелділіктермен байланысты. (4) және (5) теңдеулер ағашты антисептиктермен, бояғыш маталармен өңдеу кезінде сіңдіру жылдамдығын есептеу үшін, кеуекті тіректерге катализаторларды қолдану, тау жыныстарының құрамдас бөліктерін сілтілеу және диффузды экстракциялау және т.б. кезінде қолданылады. Сурфактанттар көбінесе сіңдіруді тездету үшін қолданылады, ылғалды азайту арқылы ылғалдандырады. байланыс бұрышы q. Капиллярлық сіңдірудің бір нұсқасы - бұл бір сұйықтықтың кеуекті ортадан екіншісіне ауысуы, ол бірінші қабатпен араласпайды және кеуек бетіне жақсы суланады. Бұл, мысалы, сулы беттік-белсенді зат ерітінділерімен резервуарлардан қалдық майды алу әдістеріне және сынап поросиметриясының әдістеріне негізделген. Ерітінділердің тесіктеріне капиллярлардың сіңірілуі және компоненттердің адсорбциясы мен диффузиясымен бірге сұйықтықтардың кеуектерден жылжуы физика-химиялық гидродинамика қарастырылады. Сұйықтың сипатталған тепе-теңдік күйінен және оның кеуектер мен капиллярлардағы қозғалысынан басқа сұйықтықтың өте аз мөлшеріндегі, атап айтқанда жұқа қабаттар мен қабыршақтардың тепе-теңдік күйлері де капиллярлық құбылыс деп аталады. Бұл капиллярлық құбылыстар көбінесе екінші типтегі капиллярлық құбылыстар деп аталады. Олар, мысалы, сұйықтықтың беттік керілуінің тамшылар радиусына және сызықтық кернеуге тәуелділігімен сипатталады. Капиллярлық құбылыстарды алдымен Леонардо да Винчи (1561), Б.Паскаль (17 ғ.) Және Дж.Юрен (18 ғасыр) капиллярлық түтіктермен тәжірибелерде зерттеді. Капиллярлық құбылыстардың теориясы П.Лаплас (1806), Т.Джунг (1804), А.Ю.Давыдов (1851), Дж.В.Гиббс (1876), И.С Громеки (1879, 1886) еңбектерінде дамыды. Екінші типтегі капиллярлық құбылыстар теориясының дамуына Б.В. Дерягин мен Л.М.Щербаковтың еңбектері негіз болды. Жер үсті кернеуін экспериментальды түрде анықтау оңай. Беттік керілісті анықтаудың әртүрлі әдістері бар, олар статикалық, жартылай статикалық және динамикалық болып бөлінеді. Статикалық әдістер интерфейстің қисықтықымен байланысты капиллярлық құбылыстарға негізделген. Фазалар арасында беткейлік қисықтардың пайда болуымен дененің ішкі қысымы өзгереді және қосымша (капиллярлық) лаплас қысым пайда болады R, ол тегіс беттің ішкі қысымын жоғарылатуы немесе төмендетуі мүмкін. Бұл қосымша қысым бетіне перпендикуляр орналасқан қисықтық центріне бағытталған беттік керілу күштерінің нәтижесі ретінде ұсынылуы мүмкін. Қисықтық оң және теріс болуы мүмкін. Позитивті (а) және негативті бетке қосымша қысымның қалыптасу схемасы (ә) қисықтық Сұйықтық көлемінің өзгеруі беттік энергияның өздігінен төмендеуі және оның айналуы нәтижесінде пайда болады механикалық энергия дене көлемінің өзгеруі. Сонымен қатар (2.2) теңдеуінде Гельмгольц энергиясы тұрақты T, n, q тек екі терминді қарастырған жөн dF \u003d -pdV + тақ. Тепе-теңдік кезінде dF \u003d 0, демек pdV \u003d тақ. Бұл өрнекте p \u003d p - қосымша қысым (лаплас қысымы), айырмаға тең дене қысымы тегіс және иілген беттер арасындағы қысым (AR): Бұл қатынас беткейлік қисықтық деп аталады. Сфералық бет үшін. Бұл өрнекті алмастыру қосымша қысымның теңдеуіне Лаплас теңдеуін аламыз: ішінде ж - қисықтық радиусы; - қисықтық немесе дисперсия (2.3 сурет). Егер беті пішінсіз болса, онда орташа қисықтық идеясын қолданыңыз, Лаплас теңдеуі мұндағы Gr * 2 - қисықтықтың негізгі радиусы. Інжір. 2.3. (А) және суланбаған кезде сұйықтықтың капиллярлық көтерілуі (туралы) капиллярлық қабырғалар Беттік керілу үшін Лаплас теңдеуі беттің пропорционалын көрсететін түрінде қайта жазылуы мүмкін капилляр радиусына кернеу ж және қысым R, онда сұйықтыққа түсетін капиллярдан газ көпіршісінің серпілісі болады. Дәл осы пропорционалға Ребиндердің беттік керілуін экспериментальды түрде анықтау негізделген. Ребиндер әдісінде қысым өлшенеді, бұл кезде газ көпіршісінің серпілісі капиллярдан, төмендеген сұйықтықтан пайда болады. Көпіршік тайған кезде өлшенген қысым капиллярға, беткейлік қисықтық радиусына - капилляр радиусына тең болады. Экспериментте капиллярдың радиусын өлшеу іс жүзінде мүмкін емес, сондықтан салыстырмалы түрдегі өлшеулер жүргізіледі: газ көбікшесіндегі қысым өлшенеді, белгілі беткейлік кернеуі бар сұйықтықтан тайып (бұл сұйықтық стандартты деп аталады), содан кейін қысым R газ көпіршігінде беттік керілу анықталған сұйықтықпен сырғанайды. Дистилденген су әдетте әдеттегі сұйықтық ретінде пайдаланылады, ал дәл өлшеу үшін бидистиллаттар қолданылады. Стандартты сұйықтықтың беттік керілуінің көпіршіктегі қысымға қатынасы тұрақты деп аталады капилляр. Беткі кернеу кезінде (t 0 және өлшенген ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.