Номер 4, страница 273 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях. Параграф 7.8. Примеры решения задач. Вопросы - номер 4, страница 273.

Условие.

4. Сделайте презентацию «Капиллярные явления в природе, быту и технике».

Решение.

Капиллярные явления — это физические явления, обусловленные действием сил поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред. Они проявляются в способности жидкостей подниматься или опускаться в узких трубках (капиллярах), пористых телах и тонких зазорах. В основе явления лежит баланс между силами сцепления молекул жидкости друг с другом (когезия) и силами притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела (адгезия). Высота подъема или опускания жидкости в цилиндрическом капилляре описывается законом Жюрена:

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

где $\text{h}$ – высота столба жидкости, $\sigma$ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, $\theta$ – краевой угол смачивания, $\rho$ – плотность жидкости, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{r}$ – радиус капилляра.

Капиллярные явления в природе

• Питание растений: Вода и растворенные в ней минеральные вещества поднимаются от корней к самым высоким листьям по ксилеме — сложной сети капиллярных сосудов в стволе и стеблях.
• Движение влаги в почве: Почва представляет собой пористую среду, в которой вода может перемещаться вверх от уровня грунтовых вод к поверхности, питая корни растений, благодаря капиллярным силам.
• Кровообращение: Движение крови в мельчайших кровеносных сосудах — капиллярах — обеспечивает обмен веществ между кровью и тканями организма животных и человека.
• Геологические процессы: Медленное просачивание воды через пористые горные породы, такое как известняк, приводит к образованию сталактитов и сталагмитов в пещерах.
• Функционирование органов чувств: Слезная жидкость равномерно распределяется по поверхности глаза благодаря капиллярному эффекту в зазоре между веком и глазным яблоком, увлажняя и очищая его.

Ответ: В природе капиллярные явления обеспечивают важнейшие биологические и геологические процессы, включая транспорт воды в растениях и почве, а также кровообращение в живых организмах.

Капиллярные явления в быту

• Впитывающие материалы: Бумажные полотенца, салфетки, губки, вата и подгузники эффективно впитывают жидкость благодаря своей пористой структуре, которая действует как множество капилляров.
• Пишущие принадлежности: В перьевых авторучках чернила подаются к перу по узкому каналу за счет капиллярного эффекта. В фломастерах и маркерах пористый стержень пропитывается чернилами по тому же принципу.
• Горение свечей и ламп: В свечах расплавленный парафин, а в керосиновых лампах — керосин поднимаются к пламени по фитилю, который представляет собой капиллярно-пористую систему.
• Строительство: Негативным проявлением является подъем грунтовых вод по капиллярам в пористых стройматериалах (кирпич, бетон), что приводит к отсыреванию стен. Для борьбы с этим применяют гидроизоляцию.
• Кулинария: Процесс маринования мяса или пропитки коржей для торта сиропом ускоряется благодаря проникновению жидкости в поры и волокна продукта.

Ответ: В быту капиллярные явления находят широкое применение во впитывающих материалах и пишущих принадлежностях, а также лежат в основе работы свечей и ламп; их необходимо учитывать в строительстве для предотвращения сырости.

Капиллярные явления в технике

• Хроматография: В бумажной и тонкослойной хроматографии разделение смесей веществ происходит за счет их разной скорости движения вместе с растворителем, который поднимается по пористому материалу (бумаге или сорбенту) под действием капиллярных сил.
• Системы охлаждения: Тепловые трубки, используемые для охлаждения процессоров в компьютерах и другой электронике, используют капиллярный эффект для возврата сконденсировавшейся жидкости по фитилю от холодной зоны к горячей.
• Печатные технологии: В струйных принтерах капиллярные силы в соплах печатающей головки контролируют подачу чернил и формирование капель.
• Медицинская диагностика: Капиллярные трубки используются для забора малых объемов крови на анализ. Экспресс-тесты (например, на беременность или COVID-19) работают за счет капиллярного переноса жидкости с образцом по тест-полоске.
• Нефтедобывающая промышленность: Капиллярные эффекты играют важную роль в удержании нефти в пористых пластах горных пород, и их понимание критично для разработки методов повышения нефтеотдачи.

Ответ: В технике капиллярные явления являются основой для работы таких сложных устройств и методов, как тепловые трубки для охлаждения, хроматографический анализ, струйная печать и современные средства медицинской экспресс-диагностики.