Номер 3, страница 162 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. Что такое капилляр?

Капилляр (от лат. capillaris — волосяной) — это трубка с очень малым внутренним диаметром (каналом). Термин применяется как к искусственно созданным трубкам (например, из стекла), так и к естественным пористым или волокнистым структурам, содержащим множество тонких каналов (например, почва, древесина, бумага, кровеносные сосуды).

Главная особенность, связанная с капиллярами, — это капиллярность, или капиллярные явления. Это совокупность явлений, обусловленных действием сил поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред. В узких трубках и пористых телах эти явления приводят к тому, что уровень жидкости может подниматься или опускаться.

В основе капиллярных явлений лежит баланс двух типов сил:

• Силы когезии — силы взаимного притяжения между молекулами самой жидкости. Эти силы обуславливают существование поверхностного натяжения.
• Силы адгезии — силы притяжения между молекулами жидкости и молекулами твердого тела (стенок капилляра).

В зависимости от соотношения этих сил, жидкость может смачивать или не смачивать поверхность капилляра:

• Если силы адгезии больше сил когезии, жидкость смачивает стенки. Поверхность жидкости (мениск) в капилляре становится вогнутой, и жидкость поднимается вверх по трубке. Примером служит вода в чистой стеклянной трубке.
• Если силы когезии преобладают над силами адгезии, жидкость не смачивает стенки. Мениск становится выпуклым, и уровень жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Классический пример — ртуть в стеклянной трубке.

Высота подъема (или опускания) жидкости в капилляре описывается законом Жюрена. Для цилиндрического капилляра формула имеет вид:

$h = \frac{2\sigma\cos\theta}{\rho g r}$

где:

• $\text{h}$ — высота подъема (если $h>0$) или глубина опускания (если $h<0$) жидкости,
• $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости,
• $\theta$ — краевой угол смачивания между жидкостью и стенкой капилляра,
• $\rho$ — плотность жидкости,
• $\text{g}$ — ускорение свободного падения,
• $\text{r}$ — радиус капилляра.

Из формулы следует, что высота подъема жидкости обратно пропорциональна радиусу капилляра: чем тоньше трубка, тем выше поднимается в ней жидкость.

Примеры капилляров и капиллярных явлений в природе и технике:

• Биология: транспорт воды и минеральных солей по ксилеме (сосудам) растений от корней к листьям; кровообращение в мельчайших кровеносных сосудах — капиллярах.
• Быт: впитывание жидкости бумажными полотенцами, губками и тканями; подъем топлива по фитилю в керосиновой лампе или свече; течение чернил в перьевой ручке.
• Геология: движение грунтовых вод в почве и пористых породах.
• Строительство: капиллярный подсос влаги в пористых строительных материалах, таких как кирпич и бетон.

Ответ: Капилляр — это очень тонкая трубка, в которой благодаря силам поверхностного натяжения и взаимодействию жидкости со стенками (смачиванию или несмачиванию) происходит изменение уровня жидкости по сравнению с ее уровнем в широком сосуде (капиллярный эффект).