Дополнительное давление.

 

При соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела ее свободная поверхность искривляется в зависимости от сил действующих между молекулами поверхностных слоев жидкости и тела.

Угол между касательной к поверхности жидкости и твердого тела называется углом смачивания θ. Если θ < π/2, то жидкость смачивающая, а если θ > π/2, то несмачивающая (рис.25).

 

Рис.25

Смачивание и несмачивание - понятия относительные, поскольку жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую (вода смачивает стекло, но не смачивает парафин, ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов).

Капиллярами являются узкие щели, трубки малого диаметра (меньше 1мм), а явления изменения высоты уровня жидкости в капиллярах по отношению к уровню в широких сосудах называются капиллярными.

В капиллярах, вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок, кривизна поверхности значительна. При смачивании поверхность жидкости – мениск – имеет вогнутую форму, а при несмачивании – выпуклую. Искривленная поверхность образует дополнительное давление, направление которого либо совпадает с гидравлическим, либо направлено в противоположную сторону. Оно определяется формулой Лапласа для круглого капилляра радиусом R при полном смачивании

 

, (52)

Дополнительное давление для выпуклой поверхности положительно, а для вогнутой отрицательно.

Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой гидростатическое давление равное ρgh уравновешивается дополнительным (рис.26)

То есть

(52)

Рис.26

где ρ – плотность жидкости, R – радиус капилляра.

Отсюда следует, что высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу. В тонких капиллярах жидкость поднимается достаточно высоко. Так при θ=0 вода в капилляре диаметром 1 мкм поднимается на высоту 30м.

Капиллярные явления играют значительную роль в природе и технике. Снабжение кроны деревьев питательными веществами. По капиллярам почвы поднимается вода в поверхностные слои. Уплотняя почву можно усилить приток воды, а разрыхляя, за счет нарушения капиллярности, наоборот уменьшить и другие. В гемодинамике капилляры обеспечивают снабжение тканей кислородом эритроцитов.