Номер 4, страница 13 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Вопросы после параграфа. Параграф 3. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Глава 1. Тепловые явления - номер 4, страница 13.

Условие.

4. От чего зависит высота подъёма жидкости в капилляре?

Решение 1.

Решение 3.

Решение 4.

3. Какие явления называют капиллярными?

Капиллярными явлениями (или капиллярностью) называют явления подъема или опускания жидкости в узких трубках — капиллярах (от лат. capillaris — волосяной), а также в пористых телах и узких щелях. Эти явления обусловлены силами поверхностного натяжения на границе жидкости с другой средой (например, со стенками трубки).

Причина капиллярности кроется в балансе между силами сцепления молекул внутри самой жидкости (когезия) и силами сцепления молекул жидкости со стенками капилляра (адгезия).

• Если силы адгезии (притяжение к стенкам) сильнее сил когезии (притяжение друг к другу), жидкость смачивает поверхность. В этом случае у стенок капилляра жидкость поднимается, образуя вогнутый мениск. Силы поверхностного натяжения, действующие по периметру мениска, тянут столб жидкости вверх до тех пор, пока не уравновесятся силой тяжести этого столба. Примером является подъем воды в стеклянной трубке.
• Если силы когезии преобладают над силами адгезии, жидкость не смачивает поверхность. Жидкость отталкивается от стенок, образуя выпуклый мениск. Силы поверхностного натяжения в этом случае направлены так, что опускают уровень жидкости в капилляре ниже уровня в широком сосуде. Примером является ртуть в стеклянной трубке.

Капиллярные явления широко распространены в природе и технике: впитывание влаги почвой и бумажными полотенцами, подъем соков по стеблям растений, работа фитиля в лампе, пропитка строительных материалов.

Ответ: Капиллярные явления — это подъем или опускание жидкости в узких трубках (капиллярах) и пористых телах, вызванные силами поверхностного натяжения и характером взаимодействия молекул жидкости со стенками капилляра (смачиванием или несмачиванием).

4. От чего зависит высота подъёма жидкости в капилляре?

Высота подъёма (или опускания) жидкости в капилляре зависит от нескольких факторов, которые связывает между собой формула Жюрена. Высота столба жидкости устанавливается, когда сила поверхностного натяжения, поднимающая жидкость, уравновешивается силой тяжести, действующей на этот столб жидкости.

Формула для высоты подъема жидкости в капилляре выглядит так:

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

Из этой формулы видно, что высота $h$ зависит от следующих величин:

• Коэффициента поверхностного натяжения жидкости $\sigma$. Высота подъема прямо пропорциональна этой величине. Жидкости с большим поверхностным натяжением (как вода) поднимаются выше.
• Краевого угла смачивания $\theta$. Это угол, который образует мениск жидкости со стенкой капилляра. Высота подъема пропорциональна $\cos\theta$. Чем лучше жидкость смачивает стенки (чем меньше угол $\theta$), тем выше она поднимается. При полном смачивании $\theta = 0^\circ$ и $\cos\theta = 1$, что соответствует максимальной высоте. Для несмачивающих жидкостей $\theta > 90^\circ$, поэтому $\cos\theta < 0$, и высота $h$ становится отрицательной, что означает опускание жидкости.
• Плотности жидкости $\rho$. Высота подъема обратно пропорциональна плотности. Более плотные жидкости при прочих равных условиях поднимаются на меньшую высоту.
• Радиуса капилляра $r$. Это одна из самых сильных зависимостей. Высота подъема обратно пропорциональна радиусу. То есть, чем тоньше капилляр, тем на большую высоту в нем поднимется жидкость.
• Ускорения свободного падения $g$. В условиях меньшей гравитации жидкость поднималась бы выше.

Ответ: Высота подъёма жидкости в капилляре прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения жидкости и косинусу краевого угла смачивания, и обратно пропорциональна плотности жидкости, ускорению свободного падения и, что наиболее важно, радиусу капилляра.