Đặc điểm mao dẫn và ví dụ trong nước

các mao mạch Nó là một tính chất của chất lỏng cho phép chúng di chuyển qua các lỗ hình ống hoặc bề mặt xốp thậm chí chống lại lực hấp dẫn. Đối với điều này, phải có sự cân bằng và phối hợp của hai lực liên quan đến các phân tử chất lỏng: sự gắn kết và độ bám dính; có hai phản xạ vật lý gọi là sức căng bề mặt.

Chất lỏng cần có khả năng làm ướt các thành bên trong của ống hoặc lỗ chân lông của vật liệu mà nó di chuyển. Điều này xảy ra khi lực bám dính (thành lỏng của ống mao quản) lớn hơn lực kết dính liên phân tử. Do đó, các phân tử chất lỏng tạo ra tương tác mạnh hơn với các nguyên tử của vật liệu (thủy tinh, giấy, v.v.) so với giữa chúng.

Ví dụ kinh điển về tính mao dẫn được minh họa trong việc so sánh tính chất này đối với hai chất lỏng rất khác nhau: nước và thủy ngân.

Hình ảnh phía trên cho thấy nước dâng lên qua các thành của ống, có nghĩa là nó có lực bám dính cao hơn; trong khi điều ngược lại xảy ra với thủy ngân, bởi vì các lực liên kết kim loại gắn kết của nó ngăn không cho nó làm ướt kính.

Vì lý do này, nước tạo thành một sụn lõm và thủy ngân là một sụn lồi (hình vòm). Cũng cần lưu ý rằng bán kính của ống càng nhỏ hoặc phần mà chất lỏng di chuyển, chiều cao hoặc khoảng cách di chuyển càng lớn (so sánh độ cao của các cột nước cho cả hai ống).

Chỉ số

• 1 Đặc điểm của mao quản
  • 1.1 - Bề mặt của chất lỏng
  • 1.2
  • 1.3 -Săng mặt
  • 1.4 -Rio của mao quản hoặc lỗ chân lông nơi chất lỏng tăng
  • 1.5 - Góc tiếp xúc (θ)
• 2 Capillarity của nước
  • 2.1 Trên cây trồng
• 3 tài liệu tham khảo

Đặc điểm của mao quản

-Bề mặt của chất lỏng

Bề mặt của chất lỏng, để nói nước, trong mao quản là lõm; đó là, sụn khớp là lõm. Tình huống này xảy ra do kết quả của các lực tác dụng lên các phân tử nước gần thành ống được hướng vào điều này.

Trong tất cả các sụn có một góc tiếp xúc (), đó là góc tạo thành thành của ống mao quản với một đường tiếp xúc với bề mặt của chất lỏng tại điểm tiếp xúc.

Lực bám dính và lực dính

Nếu lực bám dính của chất lỏng vào thành mao quản chiếm ưu thế so với lực kết dính liên phân tử, thì góc là < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Khi một giọt nước được đặt trên bề mặt của một ly sạch, nước sẽ lan ra trên mặt kính, sao cho = 0 và cos θ = 1.

Nếu lực kết dính giữa các phân tử chiếm ưu thế so với cường độ bám dính của thành lỏng của mao quản, ví dụ như trong thủy ngân, thì sụn sẽ bị lồi và góc sẽ có giá trị> 90º; thủy ngân không làm ướt bức tường mao quản và do đó đi xuống qua bức tường bên trong của nó.

Khi một giọt thủy ngân được đặt trên bề mặt kính sạch, giọt nước sẽ duy trì hình dạng và góc = 140º.

-Chiều cao

Nước dâng qua ống mao dẫn để đạt đến độ cao (h), trong đó trọng lượng của cột nước bù cho thành phần thẳng đứng của lực liên kết liên phân tử.

Khi nhiều nước dâng lên, sẽ đến lúc trọng lực sẽ ngừng tăng, ngay cả khi sức căng bề mặt hoạt động có lợi cho bạn.

Khi điều này xảy ra, các phân tử không thể tiếp tục "trèo" lên các bức tường bên trong và tất cả các lực vật lý được cân bằng. Một mặt, bạn có các lực thúc đẩy sự gia tăng của nước và mặt khác, trọng lượng của chính bạn đẩy nó xuống.

Luật pháp

Điều này có thể được viết bằng toán học như sau:

2 π rΥcosθ = gπr²h

Trường hợp phía bên trái của phương trình phụ thuộc vào sức căng bề mặt, độ lớn của nó cũng liên quan đến lực liên kết hoặc lực liên phân tử; Cosθ đại diện cho góc tiếp xúc và r bán kính của lỗ mà chất lỏng tăng lên.

Và ở bên phải của phương trình, chúng ta có chiều cao h, lực hấp dẫn g và mật độ của chất lỏng; đó sẽ là nước.

Dọn dẹp rồi h bạn có

h = (2Υcosθ / ρgr)

Công thức này được gọi là Định luật Jurin, định nghĩa chiều cao đạt được của cột chất lỏng, trong ống mao dẫn, khi trọng lượng của cột chất lỏng được cân bằng với lực thăng thiên theo mao dẫn.

-Sức căng bề mặt

Nước là một phân tử lưỡng cực, do độ âm điện của nguyên tử oxy và hình học phân tử của nó. Điều này làm cho phần của phân tử nước nơi oxy nằm ở vị trí tích điện âm, trong khi phần của phân tử nước, chứa 2 nguyên tử hydro, tích điện dương.

Các phân tử trong chất lỏng tương tác nhờ vào điều này thông qua nhiều liên kết hydro, giữ chúng lại với nhau. Tuy nhiên, các phân tử nước trong nước giao diện: không khí (bề mặt), chịu sự thu hút ròng bởi các phân tử của xoang lỏng, không được bù bởi lực hút yếu với các phân tử không khí..

Do đó, các phân tử nước của giao diện phải chịu một lực hấp dẫn có xu hướng loại bỏ các phân tử nước khỏi giao diện; đó là, các cầu hydro được hình thành với các phân tử ở phía dưới kéo theo những cái ở trên bề mặt. Do đó, sức căng bề mặt tìm cách giảm bề mặt nước: giao diện không khí.

Mối quan hệ với h

Nếu bạn nhìn vào phương trình của định luật Jurin, bạn sẽ thấy rằng h tỷ lệ thuận với; do đó, sức căng bề mặt của chất lỏng càng lớn, chiều cao có thể tăng lên thông qua mao quản hoặc lỗ rỗng của vật liệu.

Do đó, có thể dự đoán rằng đối với hai chất lỏng A và B, với sức căng bề mặt khác nhau, chất lỏng có sức căng bề mặt cao nhất tăng lên độ cao cao hơn.

Từ thời điểm này có thể kết luận rằng sức căng bề mặt cao là đặc tính quan trọng nhất xác định tính chất mao dẫn của chất lỏng.

-Bán kính mao quản hoặc lỗ chân lông nơi chất lỏng dâng lên

Quan sát của Luật Jurin chỉ ra rằng chiều cao đạt được của một chất lỏng trong mao quản hoặc lỗ rỗng tỷ lệ nghịch với bán kính của cùng một.

Do đó, bán kính càng nhỏ, chiều cao mà cột chất lỏng sẽ đạt được bằng hành động mao dẫn càng lớn. Điều này có thể được nhìn thấy trực tiếp trong hình ảnh nơi nước được so sánh với thủy ngân.

Trong một ống thủy tinh có bán kính 0,05 mm, cột nước bằng mao quản sẽ đạt chiều cao 30 cm. Trong các ống mao quản có bán kính 1 m với áp suất hút 1,5 x 10³ hPa (bằng 1,5 atm) tương ứng với tính toán chiều cao của cột nước từ 14 đến 15 m.

Điều này rất giống với những gì xảy ra với những ống hút tự quay tròn vài lần. Bằng cách hút chất lỏng, sự chênh lệch áp suất được tạo ra khiến chất lỏng dâng lên miệng.

Giá trị chiều cao tối đa của cột đạt được bằng mao quản là lý thuyết, vì bán kính của các mao quản không thể giảm quá giới hạn nhất định.

Luật Poiseuille

Điều này xác định rằng dòng chảy của một chất lỏng thực sự được cho bởi biểu thức sau:

Q = (πr⁴/ 8ηl) ΔP

Trong đó Q là dòng chất lỏng, là độ nhớt của nó, l chiều dài của ống và ΔP chênh lệch áp suất.

Khi giảm bán kính của mao quản, chiều cao của cột chất lỏng đạt được bằng mao quản sẽ tăng vô thời hạn. Tuy nhiên, Poiseuille chỉ ra rằng việc giảm bán kính cũng làm giảm dòng chảy của chất lỏng thông qua mao quản đó.

Ngoài ra, độ nhớt, là thước đo điện trở chống lại dòng chảy của chất lỏng thực, sẽ làm giảm thêm dòng chảy của chất lỏng.

-Góc tiếp xúc (θ)

Giá trị của cosθ càng cao, chiều cao của cột nước càng cao bởi mao dẫn, như được chỉ ra bởi Luật Jurin.

Nếu nhỏ và tiến tới 0 (0), cosθ là = 1, vì vậy giá trị h sẽ là tối đa. Ngược lại, nếu θ bằng 90 ,, cosθ = 0 và giá trị của h = 0.

Khi giá trị của lớn hơn 90 ,, đó là trường hợp của sụn lồi, chất lỏng không tăng lên do mao dẫn và xu hướng của nó là giảm (như xảy ra với thủy ngân).

Mao mạch nước

Nước có giá trị sức căng bề mặt là 72,75 N / m, tương đối cao so với giá trị sức căng bề mặt của các chất lỏng sau:

-Acetone: 22,75 N / m

-Rượu etylic: 22,75 N / m

-Hexan: 18,43 N / m

-Metanol: 22,61 N / m.

Do đó, nước có sức căng bề mặt đặc biệt, tạo điều kiện cho sự phát triển của hiện tượng mao quản rất cần thiết cho sự hấp thụ nước và chất dinh dưỡng của thực vật.

Trên cây

Tính mao dẫn là một cơ chế quan trọng cho sự phát triển của nhựa cây bằng xylem của cây, nhưng bản thân nó không đủ để làm cho nhựa tiếp cận với lá của cây.

Sự thoát hơi nước hoặc bay hơi là một cơ chế quan trọng trong sự đi lên của nhựa cây bằng xylem của cây. Lá cây mất nước do bay hơi, tạo ra sự giảm lượng phân tử nước, gây ra sự thu hút của các phân tử nước có trong các ống mao dẫn (xylem).

Các phân tử nước không hoạt động độc lập với nhau, nhưng tương tác bởi lực Van der Waals, khiến chúng bay lên được liên kết bởi các ống mao dẫn của cây về phía lá.

Ngoài các cơ chế này, cần lưu ý rằng cây hấp thụ nước từ đất bằng thẩm thấu và áp lực dương được tạo ra ở gốc, thúc đẩy sự đi lên của nước thông qua các mao mạch của cây..

Tài liệu tham khảo

1. García Franco A. (2010). Hiện tượng hời hợt. Lấy từ: sc.ehu.es
2. Hiện tượng bề mặt: sức căng bề mặt và mao dẫn. [PDF] Lấy từ: ugr.es
3. Wikipedia. (2018). Capillarity Lấy từ: en.wikipedia.org
4. Risvhan T. (s.f.) Capillarity trong thực vật. Lấy từ: academia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 22 tháng 12 năm 2018). Hành động mao dẫn: Định nghĩa và ví dụ. Lấy từ: thinkco.com
6. Ellen Ellis M. (2018). Hành động mao dẫn của nước: Định nghĩa & ví dụ. Học tập. Lấy từ: học.com
7. ScienceStruck Nhân viên. (Ngày 16 tháng 7 năm 2017). Các ví dụ giải thích khái niệm và ý nghĩa của hành động mao dẫn. Lấy từ: sciencestruck.com