Номер 3, страница 13 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Вопросы после параграфа. § 3. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Глава 1. Тепловые явления - номер 3, страница 13.

3. Какие явления называют капиллярными?

Капиллярными явлениями (или капиллярностью) называют совокупность физических явлений, обусловленных действием сил поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред (например, жидкость-газ-твердое тело). Наиболее ярко они проявляются в подъеме или опускании жидкости в узких трубках — капиллярах (от лат. capillaris — волосяной), а также в пористых и волокнистых материалах.

В основе капиллярных явлений лежат два ключевых физических механизма:

1. Поверхностное натяжение. На границе жидкости с другой средой (например, с воздухом) молекулы жидкости испытывают взаимное притяжение (силы когезии), которое не скомпенсировано со стороны другой среды. Это приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии и появлению силы, стремящейся сократить площадь поверхности жидкости. Эта сила и называется силой поверхностного натяжения.

2. Смачивание и несмачивание. Это явление определяется соотношением между силами притяжения молекул жидкости друг к другу (когезия) и силами притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела, с которым она контактирует (адгезия).

• Если силы адгезии больше сил когезии, жидкость смачивает поверхность. Угол $\theta$ (краевой угол) между поверхностью жидкости и стенкой капилляра будет острым ($\theta < 90^\circ$). При этом у стенки капилляра жидкость образует вогнутый мениск.
• Если силы когезии преобладают, жидкость несмачивает поверхность. Краевой угол $\theta$ будет тупым ($\theta > 90^\circ$), а мениск — выпуклым.

Вследствие этих эффектов в капиллярах наблюдается изменение уровня жидкости по сравнению с ее уровнем в широком сосуде.

В случае смачивания (например, вода в стеклянной трубке) силы поверхностного натяжения создают равнодействующую, направленную вверх вдоль периметра смачивания. Эта сила поднимает столб жидкости до тех пор, пока не уравновесится силой тяжести этого столба.

В случае несмачивания (например, ртуть в стеклянной трубке) равнодействующая сил поверхностного натяжения направлена вниз, что приводит к опусканию уровня жидкости в капилляре.

Высота поднятия или опускания жидкости в цилиндрическом капилляре описывается законом Жюрена:
$h = \frac{2\sigma \cos\theta}{\rho g r}$
где $h$ — высота столба жидкости, $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения, $\theta$ — краевой угол смачивания, $\rho$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, а $r$ — радиус капилляра. Из формулы видно, что высота изменения уровня жидкости обратно пропорциональна радиусу капилляра.

Примеры капиллярных явлений в природе и технике:

• подъем питательных веществ по капиллярам в стеблях и корнях растений;
• впитывание жидкости губкой, тканью или бумажной салфеткой;
• подъем керосина по фитилю в лампе;
• движение грунтовых вод;
• пропитка бетона или кирпича влагой.

Ответ: Капиллярными явлениями называют явления подъема или опускания жидкости в тонких трубках (капиллярах) и пористых телах, вызванные силами поверхностного натяжения и эффектами смачивания или несмачивания жидкости на границе с твердым телом.