При погружении в жидкость капилляра (узкой трубки) уровень жидкости, смачивающей стенки капилляра, выше, чем аналогичный уровень в широком сосуде. Причем уровень жидкости в капилляре тем выше, чем меньше радиус капилляра. При смачивании, например водой стеклянного капилляра (краевой угол смачивания θ<90°) образуется вогнутый мениск, жидкость в капилляре поднимается. Это явление называется капиллярным поднятием жидкости. Жидкость поднимается тем выше, чем меньше радиус капилляра. Поверхность жидкости имеет отрицательную кривизну, поэтому дополнительное давление Лапласа стремится растянуть жидкость (давление направлено к центру кривизны) и поднимает ее в капилляре.
При несмачивании, например ртутью стеклянного капилляра (θ>90°), образуется выпуклый мениск, уровень жидкости в капилляре опускается. Это явление называется капиллярной депрессией. Жидкость опускается тем ниже, чем меньше радиус капилляра. Кривизна поверхности жидкости будет положительной, дополнительное давление Лапласа направлено внутрь жидкости (жидкость будет сжиматься), в результате чего жидкость в капилляре опускается.
Высота поднятия (понижения) уровня жидкости в капилляре:
h = 2σcosθ/((ρ-ρ₀)gR), где σ - коэффициент поверхностного натяжения искривленной поверхности, разделяющей жидкую и газообразную фазы, R - радиус капилляра, θ - краевой угол смачивания, ρ - плотность жидкости, ρ₀ - плотность газа, п - ускорение свободного падения 9,81 м/с² Это выражение носит название уравнения Жюрена
Дано: d=1 мм = 1·10-3 мh = 2 см = 2·10-3 мh = 4 см = 4·10-3 мh = 2,98 см = 2,98·10-3 мρ = 1·103кг/м3α = 0,073R1 и R2 - ? Решение: При вертикальном положении капилляра верхний мениск вогнутый и давление, вызванное кривизной этого мениска, всегда направлено вверх и равно где R1— радиус кривизны верхнего мениска. При полном смачивании, где r — радиус капилляра. Гидростатическое давление столба жидкости всегда направлено вниз и равно. Если p1 > р2, то результирующее давление, направленное вверх, заставляет нижний мениск быть вогнутым. При этом давление р3, вызванное кривизной нижнего мениска, направлено вниз и равно,где R2— радиус кривизны нижнего мениска. В равновесии.Если р1< р2, то результирующее давление направлено вниз и нижний мениск будет выпуклым. При этом давление будет направлено уже вверх. В этом случае . Если p1 = р2, то нижний мениск будет плоским и р3 = 0. .Пользуясь числовыми данными, нетрудно получить: а) R1 = 0,5 мм, R2= -1,52 мм; б) R1 = 0,5 мм, R2 = 1,46 мм; в) R1 = 0,5 мм, R2 = ∞. ответ: а) R1 = 0,5 мм, R2= -1,52 мм; б) R1 = 0,5 мм, R2 = 1,46 мм; в) R1 = 0,5 мм, R2 = ∞.
Rд це додатковий обмежувальний опір, щоб обмежувати струм, що проходить через гальванометр у нескомпенсованій схемі.
Объяснение: