Kılcallık özellikleri ve sudaki örnek



kapilarite Yerçekimi kuvvetine karşı bile boru şeklindeki deliklerden veya gözenekli yüzeylerden geçmelerini sağlayan bir sıvı özelliğidir. Bunun için, sıvı moleküllerle ilgili iki kuvvetin bir dengesi ve koordinasyonu olmalıdır: yapışma ve yapışma; bu ikisine yüzey gerilimi adı verilen fiziksel bir yansımasını sağlama.

Sıvının, borunun iç duvarlarını veya içinden geçtiği malzemenin gözeneklerini ıslatabilmesi gerekir. Bu, yapışma kuvveti (kılcal borunun sıvı çeperi) moleküller arası yapışma kuvvetinden daha büyük olduğunda meydana gelir. Sonuç olarak, sıvı moleküller, malzemenin atomları (cam, kağıt, vb.) İle aralarında olduğundan daha güçlü etkileşimler yaratır..

Kılcallığın klasik örneği, bu özelliğin iki farklı sıvı için karşılaştırılmasında gösterilmektedir: su ve cıva.

Üstteki resim suyun borunun duvarlarından yükseldiğini, yani daha yüksek yapışma kuvvetlerine sahip olduğunu gösterir; tersi cıva ile olurken, yapışkan, metalik bağlama kuvvetleri camı ıslatmasını engeller çünkü.

Bu nedenle su, içbükey bir menisküs oluşturur ve bir dışbükey menisküsün cıvaunu oluşturur (kubbe şeklinde). Ayrıca tüpün yarıçapının veya sıvının hareket ettiği bölümün küçüldüğü, seyahat edilen yükseklik veya mesafenin daha büyük olduğu (her iki tüp için su kolonlarının yüksekliğinin karşılaştırılması) belirtilmelidir..

indeks

  • 1 Kılcallığın özellikleri
    • 1.1 - Sıvının yüzeyi
    • 1.2-Yükseklik
    • 1.3 -Yüzey gerilimi
    • 1.4-Sıvının yükseldiği kılcal damar veya gözenekler
    • 1,5 - Temas açısı (θ)
  • 2 Suyun kılcallığı
    • 2.1 Bitkiler hakkında
  • 3 Kaynakça

Kılcallığın özellikleri

-Sıvının yüzeyi

Sıvının yüzeyi, bir kılcal içindeki su, içbükeydir; yani, menisküs içbükeydir. Bu durum, tüp duvarının yakınında su moleküllerine uygulanan kuvvetlerin sonucu, bu doğrultuda yönlendirildiği için oluşur..

Tüm menisküslerde, kılcal borunun çeperini temas noktasındaki sıvının yüzeyine teğet bir çizgi ile oluşturan açı olan bir temas açısı (θ) vardır..

Yapışma ve yapışma kuvvetleri

Sıvının kılcal duvara yapışma kuvveti, moleküller arası yapışma kuvveti üzerine basarsa, açı θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Temiz bir camın yüzeyine bir damla su konulduğunda, su camın üzerine yayılır, böylece θ = 0 ve cos θ = 1 olur..

Moleküller arası birleşme kuvveti, kılcalın sıvı çepere yapışma kuvveti üzerine, örneğin cıvada hakim ise, menisküs dışbükey olacak ve θ açısı> 90º değerine sahip olacaktır; cıva, kılcal duvarı ıslatmaz ve bu nedenle iç duvarı boyunca iner.

Temiz bir camın yüzeyine bir damla cıva yerleştirildiğinde, damla şeklini ve θ = 140º açısını korur.

-yükseklik

Su, kılcal borunun içinden yükselir (h), burada su kolonunun ağırlığı, moleküller arası yapışma kuvvetinin dikey bileşenini telafi eder..

Daha fazla su yükseldikçe, yüzey gerilimi sizin lehinize çalışsa bile, yerçekiminin yükselmesini durduracağı bir nokta ortaya çıkacaktır.

Bu olduğunda, moleküller iç duvarlara "tırmanmaya" devam edemezler ve tüm fiziksel kuvvetler eşitlenir. Bir yandan suyun yükselmesini sağlayan güçlere sahip, diğer yandan da kendi ağırlığınızı aşağıya iten kuvvetleriniz var.

Jüri Yasası

Bu matematiksel olarak şu şekilde yazılabilir:

2 π rΥcosθ = ρgπr2h

Denklemin sol tarafı, büyüklüğü aynı zamanda uyum veya moleküller arası kuvvetlerle de ilgili olan yüzey gerilimine bağlı olduğunda; Cosθ, temas açısını temsil eder ve sıvının yükseldiği deliğin yarıçapını r.

Ve denklemin sağ tarafında h yüksekliğine, g yerçekimine ve sıvının yoğunluğuna sahibiz; bu su olurdu.

Temizledikten sonra

h = (2Υcosθ / ρgr)

Bu formülasyon, sıvı sütunun ulaştığı yüksekliği, kılcal boru içinde, sıvı sütununun ağırlığı, kılcallık ile yükselme kuvvetiyle dengelendiğinde tanımlayan Jurin'in Yasası olarak bilinir..

-Yüzey gerilimi

Su, oksijen atomunun elektronegatifliği ve moleküler geometrisi nedeniyle bir dipolar moleküldür. Bu, su molekülünün, oksijenin negatif olarak yükleneceği kısımını oluştururken, 2 hidrojen atomunu içeren su molekülünün kısmı pozitif olarak yüklenir..

Sıvının içindeki moleküller, bu sayede onları bir arada tutan çoklu hidrojen bağları vasıtasıyla etkileşime girer. Bununla birlikte, arayüzey sudaki su molekülleri: hava (yüzey), hava molekülleri ile zayıf çekim ile telafi edilmeyen, sıvı sinüs molekülleri tarafından net bir çekime tabi tutulur..

Bu nedenle, ara yüzün su molekülleri, su moleküllerini arayüzden ayırma eğiliminde olan çekici bir kuvvete tabi tutulur; yani, alttaki moleküller ile oluşturulan hidrojen köprüleri yüzeyde bulunanları sürükler. Böylece, yüzey gerilimi suyun yüzeyini azaltmaya çalışır: hava arayüzü.

H ile ilişkisi

Jurin'in yasasının denklemine bakarsanız, h'nin Υ ile doğru orantılı olduğunu göreceksiniz; bu nedenle, sıvının yüzey gerilimi arttıkça, bir malzemenin kapilerinden veya gözeneklerinden yükselebilecek yükseklik de artar.

Bu nedenle, iki farklı yüzey gerilimi olan A ve B sıvıları için, en yüksek yüzey gerilimine sahip olanın daha yüksek bir yüksekliğe çıkması beklenebilir..

Bu noktadan, bir sıvının kılcal özelliğini belirleyen en önemli özellik olan yüksek yüzey gerilimi olduğu sonucuna varılabilir..

-Sıvının yükseldiği kılcal veya gözenek yarıçapı

Jurin Yasası gözlemi, bir kılcal veya gözenek içindeki bir sıvının ulaştığı yüksekliğin, aynı yarıçap ile ters orantılı olduğunu gösterir..

Bu nedenle, yarıçap ne kadar küçük olursa, sıvı kolonun kılcal hareketle ulaşacağı yükseklik o kadar yüksek olur. Bu doğrudan suyun cıva ile karşılaştırıldığı görüntüde görülebilir..

Yarıçapı 0.05 mm yarıçaplı bir cam tüpte kılcallık ile su sütunu 30 cm yüksekliğe ulaşacaktır. 1.5 10 10 emme basıncıyla 1 1m yarıçaplı kılcal borularda3 hPa (1.5 atm'ye eşittir), su sütununun 14 ila 15 m arasındaki yüksekliğinin hesaplanmasına karşılık gelir..

Bu, kendi içinde birkaç kez dönen çubuklarla olanlara çok benzer. Sıvının emilmesiyle, sıvının ağzına yükselmesine neden olan bir basınç farkı yaratılır..

Kılcallığın ulaştığı kolonun maksimum yükseklik değeri teoriktir, çünkü kılcal damarların yarıçapı belirli bir sınırın ötesinde azaltılamaz.

Poiseuille Kanunu

Bu, gerçek bir sıvının akışının aşağıdaki ifade ile verildiğini belirler:

Q = (πr4/ 8ηl) ΔP

Q, sıvı akışı olduğunda, η viskozitesi, l tüpün uzunluğu ve differenceP basınç farkıdır..

Bir kılcalın yarıçapı düşürülürken, kılcallığın ulaştığı sıvı kolonun yüksekliği süresiz olarak artmalıdır. Bununla birlikte Poiseuille, yarıçapı azaltmanın aynı zamanda kılcaldan sıvı akışını da azalttığına işaret etmektedir..

Ek olarak, gerçek bir sıvının akışına karşı olan direncin bir ölçüsü olan viskozite, sıvının akışını daha da azaltacaktır..

-Temas açısı (θ)

Cosθ'nin değeri ne kadar yüksek olursa, Jüri Yasası ile belirtildiği gibi kılcallıkla su kolonunun yüksekliği artar..

Eğer small küçükse ve sıfıra yaklaşırsa (0), cosθ = 1 ise, h değeri maksimum olur. Aksine, eğer θ 90º'a eşitse, cosθ = 0 ve h = 0 değeridir..

Ve değeri 90º değerinden yüksek olduğunda, dışbükey menisküs durumunda, sıvı kılcallık tarafından yükselmez ve eğilimi (cıva ile olduğu gibi) inme eğilimindedir..

Su kılcallık

Su, aşağıdaki sıvıların yüzey gerilimi değerlerine kıyasla nispeten yüksek olan 72.75 N / m yüzey gerilimi değerine sahiptir:

-Aseton: 22.75 N / m

-Etil alkol: 22.75 N / m

-Heksan: 18.43 N / m

-Metanol: 22.61 N / m.

Bu nedenle, su, bitkilerin su ve besin maddelerini emmesi için gerekli kılcal fenomen gelişimini destekleyen istisnai bir yüzey gerilimine sahiptir..

Bitkiler üzerinde

Kılcallık, bitkilerin ksilosu tarafından özün yükselmesi için önemli bir mekanizmadır, ancak özün ağaçların yapraklarına ulaşması için kendi başına yeterli değildir..

Terleme veya buharlaşma, bitkilerin ksilemleri tarafından sapın çıkışında önemli bir mekanizmadır. Yapraklar buharlaşma yoluyla su kaybeder, bu da su moleküllerinin miktarında bir düşüşe neden olur ve bu da kılcal borularda bulunan su moleküllerinin bir çekimine neden olur (ksilem).

Su molekülleri birbirlerinden bağımsız olarak hareket etmiyor, fakat Van der Waals kuvvetleri ile etkileşime giriyor, bu da bitkilerin kılcal boruları ile yapraklara doğru yükselmelerine neden oluyor..

Bu mekanizmalara ek olarak, bitkilerin topraktan suyu ozmoz yoluyla emdiği ve kökte üretilen pozitif bir basıncın, bitkinin kılcal kısımları boyunca suyun yükselişinin başlamasına yol açtığı not edilmelidir..

referanslar

  1. García Franco A. (2010). Yüzeysel fenomenler. Alınan kaynak: sc.ehu.es
  2. Yüzey olayları: yüzey gerilimi ve kılcallık. [PDF]. Alınan: ugr.es
  3. Vikipedi. (2018). Kapilerite. Alınan: en.wikipedia.org
  4. Risvhan T. (s.f.) Bitkilerde kılcallık. Aldığı kaynak: academia.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Aralık 2018). Kılcal Hareket: Tanım ve Örnekler. Alınan adres: thoughtco.com
  6. Ellen Ellis M. (2018). Suyun Kılcal Hareketi: Tanım ve Örnekler. Çalışma. Alınan: study.com
  7. ScienceStruck Çalışanlar. (16 Temmuz 2017). Kılcal Davranış Kavramını ve Anlamını Açıklayan Örnekler. Şu kaynaktan alındı: sciencestruck.com