Змочування. Капілярні явища

2-й семестр

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА Й ТЕРМОДИНАМІКА

1. Властивості газів, рідин, твердих тіл

Урок 14/85

Тема. Змочування. Капілярні явища

Мета уроку: познайомити учнів з явищами змочування і капілярності

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Контроль знань	5 хв.	1. Особливості рідкого стану. 2. Поверхнева енергія. 3. Поверхневий натяг.
Демонстрації	5 хв.	1. Явища змочування і незмочування. 2. Виникнення крайових кутів. 3. Капілярні явища. 4. Фрагменти відеофільму “Капіляри в природі і техніці”.
Вивчення нового матеріалу	25 хв.	1. Змочування і незмочування. 2. Капілярні явища. 3. Капілярні явища в природі та в техніці.
Закріплення вивченого матеріалу	10 хв.	1. Тренуємося розв’язувати задачі. 2. Контрольні питання.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Змочування і незмочування

Роса або дощова вода по-різному веде себе на листі різних дерев. На одних вода розтікається тонким шаром, на інших –

збирається в краплі. Така ж відмінність в поведінці води на чистому та жирному склі. Іншими словами, у деяких випадках рідина намагається збільшити площу контакту з поверхнею твердого тіла (рис. а), а в інших – зменшити цю площу (рис. б).

Це явище пояснюється різницею в силах зчеплення між молекулами рідини та твердого тіла.

O Якщо сили зчеплення частинок рідини і твердого тіла більші за сили зчеплення частинок рідини, рідину називають змочуючою тверде тіло. Якщо сили зчеплення частинок рідини і твердого тіла менші за сили зчеплення частинок рідини – незмочуючою це тіло.

Явище змочування використовують при склеюванні, спаюванні, фарбуванні тіл, змащуванні деталей, що труться. Широко застосовується воно у флотаційних процесах (збагаченні руд цінною породою). Явище змочування необхідно враховувати під час конструювання космічних апаратів, тому що в стані невагомості змочуюча рідина розтікається по стінках посудини, у якій знаходиться, а незмочуюча збирається великою краплею всередині посудини.

2. Капілярні явища

У житті ми часто маємо справу з тілами, пронизаним безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, різні будівельні матеріали, грунт, дерево). Під час зіткнення з водою або іншими рідинами такі тіла дуже часто вбирають їх у себе. Так пояснюється принцип дії рушника, коли витираються руки; дія гноту в гасовій лампі і т. ін.

O Вузькі циліндричні трубки з діаметром близько міліметра й менші називаються капілярами.

Зануримо вузьку трубку в рідину. Якщо рідина змочує стінки трубки, то вона піднімається по стінці трубки над рівнем рідини в посудині й досягає рівня вищого в порівнянні з трубкою (рис. а). Якщо рідина не змочує стінки, то, навпаки, рівень рідини у вузькій трубці встановлюється нижче, ніж у широкій посудині (рис. б)

Висота підйому чи опускання рідини в капілярі збільшується зі зменшенням діаметру капіляру. У капілярі з радіусом r висота підйому або опускання рідини густиною? визначається формулою:

Ця рівність виконується тільки у випадку повного змочування або незмочування.

Щоб вивести цю формулу, необхідно скористатися тим, що при рівновазі сила поверхневого натягу спрямування вгору, урівноважує силу тяжіння яка діє на стовпчик рідини.

3. Капілярні явища в природі та в техніці

Капілярні явища надзвичайно поширені в природі, техніці та побуті:

– проникнення поживних речовин із грунту в рослини;

– підйом вологи з глибших шарів грунту;

– будівельна практика;

– застосування рушників, серветок, марлі і т. п.

Живлення рослин зумовлене всмоктуванням з грунту вологи й поживних речовин, яке можливе, завдяки наявності капілярів у кореневій системі й стеблі рослини.

Облік капілярності необхідний під час обробки грунту. Так, для того, щоб відбувалося більш інтенсивне випаровування вологи з грунту, необхідно її утрамбовувати. У цьому випадку в грунті утворюються капіляри, якими волога піднімається вгору, а потім випаровується. Щоб зменшити випаровування, грунт розпушують, руйнуючи при цьому капіляри, і волога довше залишається в грунті.

Тіла, які мають велику кількість капілярів, добре вбирають вологу. Саме тому під час витирання рук рушник убирає в себе воду, гас або розплавлений стеарин підіймаються по гніту лампи або свічки.

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

1. Наведіть приклади змочування і незмочування.

2. Чи повинні мастильні рідини змочувати деталі, що труться?

3. Як пов’язана висота підйому рідини в скляному капілярі з діаметром капіляра.

4. Чи залежить висота капілярного підйому рідини від температури? Якщо залежить, то яким чином?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Тренуємося розв’язувати задачі

1. Знайдіть висоту капілярного підйому мильного розчину, якщо радіус капіляра дорівнює 0,5 мм. Густина мильного розчину вважайте рівною густині води.

2. Знайдіть масу води, що піднялася по капілярах, діаметр яких 0,64 мм.

3. Чому вода піднімається по тонких трубках і має увігнутий меніск, а ртуть опускається, і її поверхня має опуклий меніск?

4. На яку висоту підніметься змочуюча рідина в капілярі, якщо посудина з рідиною, у який опущений капіляр, знаходиться в стані невагомості?

2). Контрольні запитання

1. Наведіть приклади капілярних явищ.

2. Якщо покласти шматок крейди на вологу губку, він просочиться водою, коли ж після цього покласти його на суху губку, та залишиться сухою. Чому це відбувається?

3. Між рядами посівів прагнуть частіше розпушувати грунт, руйнуючи тим самим кірку, що утворюється. Чому цей вид робіт часто називають “сухим поливом”?

4. На сирому грунті сліди від кроків людини або від колеса возу намокають. Чому?

Що ми дізналися на уроці

– Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла більші за сили зчеплення частинок рідини, рідину називають змочуючою дане тверде тіло.

– Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла менші за сили зчеплення частинок рідини, рідину називають незмочуючою це тіло.

– Вузькі циліндричні трубки з діаметром близько міліметра й менші називаються капілярами.

– У разі повного змочування або незмочування в капілярі радіусу висота r підйому або опускання рідини густиною р:

Домашнє завдання

1. Конспект.

2. Розв’яжіть задачі:

P1): 1. Чи будуть фарба або лак змочувати поверхню, на яку їх наносять?

2. Яку тканину доцільніше використовувати для пошиву намету – змочувану чи незмочувану?

3. Спробуйте зробити запис на масному папері? Чому важко це зробити?

4. Чому розпушування грунту сприяє збереженню вологи?

Р2): 1. Перед спаюванням поверхні її ретельно знежирюють і очищають від бруду та оксидів. Навіщо це роблять?

2. Як пояснити походження приказки “Як з гусака вода”?

3. Як пояснити те, що солом’яний дах, не дивлячись на безліч щілин між окремими соломинами, надійно захищає від дощу?

4. На рисунку показана форма поверхні води в двох склянках. Яка зі склянок була ретельно вимита миючим засобом?

Р3): 1. Занурите у воду пензлик. Що відбувається з його волосинками у воді під час занурення і тоді, коли ви виймаєте пензлик? Поясніть ці явища.

2. Космонавт у стані невагомості відкриває дві скляні пробірки: одну з гасом, іншу – зі ртуттю. Як поводять себе рідини?

3. Яку мінімальну роботу необхідно зробити, щоб крапельку води радіусом r = 2 мм “розбити” на вісім однакових крапель? Поверховий натяг води 72 мН/м.

4. Яку енергію необхідно витратити, щоб сферичну краплю ртуті радіусом 4 мм розділити на вісім однакових сферичних крапель зі сталою температурою? Поверхневий натяг ртуті дорівнює 0,5 Н/м.