Негізгі бөлім капиллярлық құбылыстар
жүктеу/скачать 82,03 Kb.
|
Биофизика СРОП 8
| КІРІСПЕ
Капиллярлық құбылыстар Пайда болуы Анықталуы Рөлі ҚОРЫТЫНДЫ ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР Капиллярлық құбылыстар— бір-бірімен араласпайтын заттардың шекарасында, беттік керілудің әсерінен пайда болатын физикалық құбылыстар. Капиллярлы құбылыстар, араласпайтын орталардың бөлу шекарасында беттік керілу әсерімен байланысты физикалық құбылыстар. Капиллярлы құбылыстар әдетте сұйық ортадағы құбылыстар, олардың сұйықтықпен, газбен немесе меншікті бумен шектесетін бетінің қисаюынан туындаған. Беттің қисаюы сұйықтықта қосымша ∆p капиллярлы қысымның пайда болуына әкеледі, оның шамасы Лаплас теңдеуімен орташа қисықтықты r үстіңгі қабатпен байланысты: ∆p = p1-p2. = 2 σ₁₂ / r, мұнда (σ₁₂ -екі орта шекарасында беттік керілу; p1 және p2- сұйықтықтағы қысым 1 және онымен жанасатын ортада (фазада) 2 қысым. Сұйықтықтың иілген беті жағдайында (r < 0) ондағы қысым көрші фазадағы қысымымен салыстырғанда төмендейді: p1 < p2 және ∆p < 0. Дөңес беттер үшін (r > 0) ∆p белгісі кері өзгереді. Капиллярлы қысым бөлім бетіне қатысты әрекет ететін беттік керілу күшімен жасалады. Бөлім бетінің қисаюы контактілі фазалардың бірінің көлеміне бағытталған құрамдас бөліктің пайда болуына әкеледі. Бөлімнің жазық беті үшін (r =∞) мұндай құрауыш жоқ және ∆p = 0. Капиллярлы құбылыстар молекулааралық күштер мен сыртқы күштердің (бірінші кезекте ауырлық күші) әсерінен сұйықтық бетінің тепе-теңдігі мен қозғалысының әр түрлі жағдайларын қамтиды. Қарапайым жағдайда сыртқы күштер жоқ немесе компенсацияланған, сұйықтық беті әрқашан қисайған. Мысалы, жеңілдік жағдайында басқа денелермен жанаспайтын сұйықтықтың шектеулі көлемі беттік керілу әсерінен шар пішінін қабылдайды. Бұл форма сұйықтықтың тұрақты тепе-теңдігіне жауап береді, себебі шар осы көлемі ең аз беті бар және, демек, бұл жағдайда сұйықтықтың үстіңгі энергиясы аз. Шардың пішінін сұйық болу сұйықтықтың тығыздығына тең болған жағдайда қабылдайды (ауырлық күшінің әсері Архимедтің итеретін күшпен өтеледі, Архимед заңын қараңыз). Ауырлықтың бөлінбеген күші кезінде көрініс жеткілікті мөлшерде алынған аз тұтқыр сұйықтық (мысалы, су) айтарлықтай өзгереді, ол құйылған ыдыстың нысанын қабылдайды. Оның бос беті іс жүзінде тегіс, өйткені жер тартылу күші сұйықтық бетін қисайтуға және қысқартуға ұмтылатын беттік тартылыс әрекетін жеңеді. Алайда, сұйықтық массасының азаюына қарай беттік керілу рөлі қайтадан анықтаушы болады: сұйықтықтың газ немесе газ ортасында ұсақтағанда сұйықтықта іс жүзінде сфералық формадағы ұсақ тамшылар немесе көпіршіктер пайда болады . Жүйелердің қасиеттерін көптеген ұсақ тамшылары немесе көпіршіктері (эмульсия, сұйық аэрозольдар, көбіктер), және олардың пайда болуы, көбінесе қисықтықпен бетінің бөлшектерімен анықталады. Жаңа фазаның қалыптасуында капиллярлық құбылыс бірдей маңызды рөл атқарады: будың конденсациясы кезіндегі сұйық тамшылар, сұйықтықты қайнату кезіндегі бу көбіктері, кристалдану кезіндегі қатты фазалық ядролар. Қатты денелермен сұйықтықтың түйісуі кезінде оның бетіне сұйықтық пен қатты дененің молекулаларының өзара әрекеттесуімен байланысты сулану құбылыстары айтарлықтай әсер етеді. Ыдыстың қабырғасын сулайтын сұйықтық бетінің профилі көрсетілген. Сулау сұйықтықтың қатты дененің (капиллярдың, ыдыстың) бетіне, оның үстіндегі газға қарағанда күшті әсер ететінін білдіреді. Қатты дененің және сұйықтықтың молекулалары арасында әсер ететін тартылу күші оны ыдыстың қабырғасы бойынша көтерілуге мәжбүр етеді, бұл қабырғаға жанасатын жер бетінің қисаюына әкеледі. Бұл теріс (капиллярлы) қысым жасайды, ол қисайған беттің әрбір нүктесінде сұйықтық деңгейінің көтерілуінен туындаған қысымды дәл теңестіреді. Бұл ретте сұйықтық көлеміндегі гидростатикалық қысым өзгерістерге ұшырамайды. Егер ыдыстың жазық қабырғаларын қисаю аймақтары жабыла бастайтындай етіп жақындатса, онда иілген мениск — толығымен қисайған бет түзіледі. Мениск астындағы сұйықтықта капиллярлы қысым теріс, оның әсерінен сұйықтық сұйықтықтың бағанасының салмағы (h биіктігі) ∆p қолданыстағы капиллярлы қысымын теңестіргенге дейін саңылауға сіңеді. Тепе-теңдік жағдайында (r1-r2) gh = ∆p = 2 σ₁₂ / r, мұнда r1 және r2-1 сұйықтықтың және 2 газдың тығыздығы; g - еркін құлауды жеделдету. Бұл өрнек Д. Жюрен (J.Jurin, 1684-1750) формуласы ретінде белгілі, капиллярлы сұйықтықтың h биіктігін анықтайды. Бұл капиллярда бос бет деңгейінен төмен (h < 0) түсіруді тудырады. Капиллярлы сіңіру өсімдіктерді сумен жабдықтауда, топырақта және басқа кеуекті денелерде ылғалдың қозғалуында маңызды рөл атқарады. Әртүрлі материалдарды капиллярлы сіңдіру химиялық технология процестерінде кеңінен қолданылады. Сыртқы күштердің әсерінен сұйықтықтың бос бетінің қисаюы капиллярлы толқындардың (сұйықтық бетінде"ряби") болуына себепші болады. Бөлімнің сұйық беттерінің қозғалысы кезінде физика-химиялық гидродинамиканы қарастырады. Капиллярлардағы сұйықтықтың қозғалысы сұйықтық бетінің әртүрлі қисықтығы нәтижесінде пайда болатын капиллярлы қысымның әртүрлілігінен туындауы мүмкін. Сұйықтық ағыны аз қысымға бағытталған: сулайтын сұйықтықтар үшін — қисық радиусы аз менискаға Төмендеу, Кельвин теңдеуіне сәйкес, сулайтын менискалардың үстіндегі бу қысымы жұқа күйдегі сұйықтықтардың капиллярлы конденсациясының себебі болып табылады. Теріс капиллярлы қысым қабырғалардың шектейтін сұйықтығына әсер етеді. Бұл жоғары дисперсті жүйелер мен кеуекті дене — капиллярлы контракцияның едәуір көлемді деформациясына әкелуі мүмкін. Мысалы, кептіру кезінде болатын капиллярлы қысымның өсуі материалдардың едәуір шөгуіне әкеледі. Дисперсиялық жүйелердің көптеген қасиеттері (өткізгіштігі, беріктігі, сұйықтықтың сіңуі) едәуір шамада капиллярлық құбылыс өйткені осы денелердің жұқа бөлігінде жоғары капиллярлы қысым іске асырылады. Пайда болуы Басқа сұйықтықпен, газбен немесе өзінің буымен шекаралас орналасқан сұйық бетінің иілуі де Капиллярлық құбылыстарқа жатады. Сұйықтық бетінің иілуі салдарынан, оның астында қосымша капиллярлық қысым (р) пайда болады. Бұл қысымның шамасы Лаплас теңдеуімен өрнектеледі: р=р1––р2=212/r, 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 (r<0) астындағы қысым теріс таңбалы (р<0), ал дөңес бетінің (r>0) астындағы қысым оң таңбалы (р<0) болады. Шекаралық бет жазық (r=) болса, сұйықтыққа қосымша қысым әсер етпейді (р=0). Капиллярлық құбылыстар 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. Мысалы, салмақсыздық жағдайындағы шектелген сұйықтық көлемі беттік керілудің әсерінен шар тәрізді пішін алады. Бұл жағдайда сұйықтық орнықты тепе-теңдікте болады. Өйткені, көлемдері бірдей геометриялық 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 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 F1>F2). Бұл жағдайда сұйықтық ыдыс қабырғасымен жоғары көтеріледі (суреттегі а). Оның тар ыдыстағы (капилляр түтіктегі) беті ойыс болады. Қатты денеге жұқпайтын (яғни F1 Капиллярлық құбылыстар 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. Капиллярлық құбылыстарды 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. Капиллярлық құбылыстардың теориясы Т.Юнгтің (1805), П.Лапластың (1806), Дж.Гиббстің (1875) және И.С. Громеканың (1879, 1886) еңбектерінде дамытылған. ҚОРЫТЫНДЫ Әр түрлі орталардың шекарасында (мыс: сұйық және қатты дене) жұғу және жұқпау құбылысын бақылауға болады. Молекулалық тартылу күштері сұйықтар мен қатты денелердің молекулаларының арасында да болады, олар шама жағынан сұйықпен қатты дененің табиғатына байланысты. Егер сұйық пен қатты дененің молекулаларының арасындағы тартылыс күші сұйықтың молекулаларының тартылыс күшінен көп болса, сұйықтың молекулалары қатты дененің бетіне жабысады. ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР “Қазақ Энциклопедиясы”, IV-том Әдеб.: Современная теория капиллярности. Под ред. А.И. Русанова, Ф.Ч. Гудрича, Л., 1980; Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Смачивающие пленки, М., 1984; Молекулярная теория капиллярности, пер. с англ., 1986. С. Асанов https://kk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BF%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BB%D1%8B%D2%9B_%D2%9B%D2%B1%D0%B1%D1%8B%D0%BB%D1%8B%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%80 жүктеу/скачать 82,03 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|