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

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

Условие.

3. Какие явления называют капиллярными?

Решение 1.

Решение 3.

Решение 4.

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.