Номер 19.7, страница 142 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Упражнения. 19. Свойства жидкостей. Жидкости, пары и твердые тела - номер 19.7, страница 142.

Условие.

19.7. Для удаления жирных пятен материю проглаживают утюгом, подложив под нее лист бумаги. Почему расплавленный жир впитывается в бумагу, а не расходится по материи?

Решение. Жир смачивает материю и бумагу. Поэтому расплавленный горячим утюгом жир втягивается в капилляры — тем сильнее, чем тоньше эти капилляры. В бумаге же капилляры тоньше, чем в материи. Кроме того, играет роль и то, что бумага нагрета меньше, чем ткань.

Решение.

19.7. Решение

Данный процесс объясняется капиллярными явлениями, которые возникают при взаимодействии расплавленного жира с пористыми структурами ткани и бумаги. Рассмотрим ключевые факторы.

1. Смачивание и капиллярный эффект. Для того чтобы жидкость впитывалась в пористый материал, она должна его смачивать. Жир хорошо смачивает и волокна ткани, и бумагу. И ткань, и бумага имеют пористую структуру, то есть состоят из множества тончайших каналов — капилляров. Когда расплавленный горячим утюгом жидкий жир контактирует с этими материалами, силы поверхностного натяжения втягивают его внутрь капилляров.

Сила, с которой жидкость втягивается в капилляр, и высота ее подъема обратно пропорциональны радиусу капилляра. Это описывается законом Жюрена, из которого следует, что высота подъема жидкости $h$ связана с радиусом капилляра $r$ соотношением: $h \propto 1/r$. Чем тоньше капилляр, тем сильнее он всасывает жидкость.

Структура бумаги представляет собой плотно спрессованную сетку из мелких целлюлозных волокон. Пространства между этими волокнами образуют очень тонкие капилляры, их радиус значительно меньше, чем радиус капилляров между нитями в ткани. Поэтому бумага создает гораздо более мощную капиллярную силу, которая буквально "вытягивает" жир из более широких капилляров ткани.

2. Влияние температуры. Утюг напрямую греет ткань, а бумага, находящаяся под ней, нагревается меньше. Коэффициент поверхностного натяжения жидкостей, как правило, уменьшается с ростом температуры. Это значит, что у расплавленного жира в более холодной бумаге поверхностное натяжение будет выше, чем в горячей ткани. Более высокое поверхностное натяжение также способствует более сильному капиллярному всасыванию. Таким образом, разница температур создает дополнительный эффект, заставляющий жир перемещаться из области с низкой силой поверхностного натяжения (горячая ткань) в область с высокой (холодная бумага).

Ответ: Расплавленный жир впитывается в бумагу, а не растекается по материи, потому что капилляры в структуре бумаги значительно тоньше, чем в ткани. Согласно закону капиллярности, более тонкие капилляры создают большую всасывающую силу, "перетягивая" жир из ткани в бумагу. Этот эффект усиливается тем, что бумага холоднее ткани, из-за чего поверхностное натяжение жира в ней выше, что также способствует его впитыванию.