Факультет: Жалпы медицина Тобы: 104а тексерген
жүктеу/скачать 347,45 Kb. Pdf көрінісі
|
Био физ БОӨЖ8
| НЕГІЗГІ БӨЛІМ
Капиллярлық құбылыстар, бетінің қисаюы кезінде араласпайтын орталардың (сұйық-сұйық, сұйық-газ немесе бу жүйелерінде) шекарасындағы беттік керілу нәтижесінде пайда болатын құбылыстар жиынтығы. Беттік құбылыстардың ерекше жағдайы. Капиллярлық құбылыстардың негізінде жатқан күштерді егжей-тегжейлі зерттей отырып, капиллярларға тікелей бару керек. Сонымен, эмпирикалық түрде суланатын сұйықтықтың (мысалы, шыны түтіктегі су) капилляр арқылы көтерілетінін байқауға болады. Бұл жағдайда капилляр радиусы кішірек болса, ондағы сұйықтық соғұрлым жоғары көтеріледі. Капилляр қабырғаларын суламайтын сұйықтық (мысалы, шыны түтігі бар сынап) кең ыдыста сұйықтық деңгейінен төмен түседі. Неліктен ылғалдандыратын сұйықтық капилляр арқылы көтеріледі, ал суланбайтын сұйықтық төмендейді? Сұйықтықтың беті тікелей ыдыстың қабырғаларында біршама қисық екенін байқау қиын емес. Егер ыдыс қабырғасымен жанасатын сұйық молекулалары қатты дененің молекулаларымен бір-біріне қарағанда күштірек әрекеттессе, бұл жағдайда сұйықтық қатты денемен жанасу аймағын ұлғайтуға бейім (сулау сұйықтығы). Бұл жағдайда сұйықтықтың беті еңкейіп, ол орналасқан ыдыстың қабырғаларын ылғалдандырады дейді. Егер сұйықтықтың молекулалары ыдыс қабырғаларының молекулаларына қарағанда бір- бірімен күштірек әрекеттессе, онда сұйықтық қатты денемен жанасу аймағын азайтуға бейім, оның беті жоғары қарай қисық болады. Бұл жағдайда ыдыстың қабырғаларының сұйықтықпен суланбауы туралы айтады Диаметрі миллиметрдің бөліктерін құрайтын тар түтіктерде сұйықтықтың қисық жиектері бүкіл беткі қабатты жабады, ал мұндай түтіктердегі сұйықтықтың бүкіл беті жарты шарға ұқсайтын пішінге ие. Бұл мениск деп аталады. Ол сулану кезінде байқалатын ойыс, суланбаған кезде дөңес болуы мүмкін. Сұйық бетінің қисықтық радиусы түтіктің радиусы сияқты ретті. Бұл жағдайда сулану және суланбау құбылыстары капиллярлық түтіктің суланған беті мен олардың жанасу нүктелеріндегі мениск арасындағы θ жанасу бұрышымен де сипатталады. Ылғалданатын сұйықтықтың ойыс менискінің астында қысым тегіс бетке қарағанда аз болады. Сондықтан тар түтіктегі (капиллярдағы) сұйықтық капиллярда тегіс бет деңгейінде көтерілген сұйықтықтың гидростатикалық қысымы қысым айырмашылығын өтегенше көтеріледі. Ылғалмайтын сұйықтықтың дөңес менискінің астында қысым тегіс бетке қарағанда жоғары болады және бұл суланбайтын сұйықтықтың шөгуіне әкеледі. Беттік керілу күштерінің болуы және капиллярлық түтіктегі сұйық бетінің 3 қисықтығы Лаплас қысымы деп аталатын қисық беттің астындағы қосымша қысымға жауап береді: ∆p = ± 2σ/R. Капиллярлық қысымның белгісі («плюс» немесе «минус») қисықтық белгісіне байланысты. Дөңес беттің қисықтық орталығы сәйкес фазаның ішінде болады. Дөңес беттерде оң қисықтық, ойыс беттерде теріс қисықтық бар. Сонымен, капиллярлық түтіктегі сұйықтықтың тепе-теңдік шарты p0 = p0 – (2σ/R) + ρgh (1) теңдігімен анықталады, мұндағы ρ – сұйықтықтың тығыздығы, h – оның түтіктегі көтерілу биіктігі. , ал p0 - атмосфералық қысым. Бұл өрнектен h = 2σ/ρgR болады. Капиллярлық түтіктегі сұйықтықтың көтерілу биіктігін анықтайтын нәтиже формуласы Жюрин формуласы деп аталады. Түтіктің радиусы неғұрлым аз болса, ондағы сұйықтық соғұрлым жоғары көтерілетіні анық. Сонымен қатар, сұйықтықтың беттік керілу коэффициентінің жоғарылауымен көтеру биіктігі артады. Суланатын сұйықтықтың капилляр арқылы көтерілуін басқа жолмен түсіндіруге болады. Бұрын айтылғандай, беттік керілу күштерінің әсерінен сұйықтықтың беті кішірейеді. Нәтижесінде ойыс менискінің беті түзеледі және тегіс болады. Бұл кезде оның астында жатқан сұйықтықтың бөлшектерін тартып, сұйықтық капиллярға көтеріледі. Бірақ тар түтіктегі сұйықтықтың беті тегіс болып қала алмайды, ол ойыс мениск тәрізді болуы керек. Берілген бет жаңа позицияда мениск формасына ие болғаннан кейін ол қайтадан жиырылуға бейім болады және т.б. Осы себептердің нәтижесінде суланатын сұйықтық капилляр арқылы көтеріледі. Бетті төмен тартатын көтерілген сұйық бағанының ауырлық күші F, беттің әрбір нүктесіне тангенциалды бағытталған беттік керілу күштерінің нәтижелі күші F теңестіргенде көтерілу тоқтайды. Сұйық бетінің капилляр қабырғасымен жанасу шеңбері бойында беттік керілу коэффициенті мен шеңбердің көбейтіндісіне тең беттік керілу күші әсер етеді: 2σπr, мұндағы r – капилляр,радиус Көтерілген сұйықтыққа әсер ететін ауырлық күші, Fgrav = mg = ρVg = ρπr^2hg мұндағы ρ - сұйықтықтың тығыздығы; h – капиллярдағы сұйық бағананың биіктігі; g – ауырлық күшінің орналасуы.Сұйықтықтың көтерілуі Fheavy = F немесе ρπr^2hg = 2σπr болғанда тоқтайды. Демек, капиллярдағы сұйықтықтың көтерілу биіктігі h = 2σ/ρgR. Ылғалмайтын сұйықтық жағдайында, соңғысы оның бетін азайтуға тырысып, сұйықтықты 4 капиллярдан итеріп жібереді. Алынған формула суланбайтын сұйықтыққа да қолданылады. Бұл жағдайда h - капиллярдағы сұйықтықтың түсуінің биіктігі. Табиғаттағы капиллярлық құбылыстар Капиллярлық құбылыстар да табиғатта өте кең таралған және адамның практикалық іс-әрекетінде жиі қолданылады. Ағаш, қағаз, былғары, кірпіш және бізді қоршаған көптеген басқа заттардың капиллярлары бар. Капиллярлар арқылы су өсімдіктердің сабақтарының бойымен көтеріледі және онымен өзімізді құрғатқанда сүлгіге сіңеді. Қант кесегіндегі ең кішкентай тесіктерден суды көтеру, саусақтан қан алу да капиллярлық құбылыстардың мысалы болып табылады. Адамның қан айналымы жүйесі өте қалың тамырлардан басталып, ең жұқа капиллярлардың өте кең желісімен аяқталады. Қызықты болуы мүмкін, мысалы, мұндай деректер. Қолқаның көлденең қимасының ауданы 8 см2. Қан капиллярының диаметрі ұзындығы 0,5 мм болатын адам шашының диаметрінен 50 есе кіші болуы мүмкін. Ересек адам ағзасында шамамен 160 миллиард капилляр бар. Олардың жалпы ұзындығы 80 мың км-ге жетеді. Екінші рет олар күңгірт матаны (аралас талшықтардан жасалған трикотаж - мақта және синтетика); судың матаға қалай таралатыны анық көрінді, бірақ ілулі ұшынан тамшылар тамбады. Сұйықтықтың капиллярлар арқылы көтерілуі Топырақта болатын көптеген капиллярлар арқылы терең қабаттардағы су жер бетіне көтеріліп, қарқынды түрде буланады. Ылғалды жоғалту процесін баяулату үшін тырмалар, қопсытқыштар, жыртқыштар көмегімен топырақты қопсыту арқылы капиллярларды бұзады.Практикалық бөлім Ішкі диаметрі өте кішкентай (d < l мм), капилляр деп аталатын шыны түтікшені алайық. Капиллярдың бір ұшын суы бар ыдысқа түсірейік - су ыдыстағы су деңгейінен жоғары көтеріледі. Беттік керілу сұйықтықты салыстырмалы түрде үлкен биіктікке көтеруге қабілетті. Судың беттік керілу күштерінің әсерінен сұйықтықтың көтерілуін қарапайым тәжірибеде байқауға болады. Таза шүберекті алып, оның бір ұшын стақан суға батырыңыз, ал екіншісін стақанның шетіне іліп қойыңыз. Су капиллярлық түтіктерге ұқсас матаның тесіктері арқылы көтеріле бастайды және бүкіл матаны сіңдіреді. Артық су ілулі ұшынан тамшылайды. Тәжірибе үшін ашық түсті матаны алсаңыз, фотосурет судың мата арқылы қалай таралатынын өте нашар көрсетеді. Сондай-ақ, барлық маталардың ілулі ұшынан артық су тамшыламайтынын есте сақтаңыз. Мен бұл 5 экспериментті екі рет жасадым. Алғаш рет жеңіл матаны қолдандық (мақта трикотаж); ілулі ұшынан су өте жақсы тамшылады. сұйық молекулаларының бір-біріне тартылу күштері олардың қатты дененің молекулаларына тартылу күштерінен аз болғанда орын алады. 6 |