物質が重力にもかかわらずタイトなチューブ内を流れる能力は、毛細管現象として知られています。これは、凝集力と粘着力という 2 つの力の相互作用の結果です。凝集力は液体中の分子間の引力ですが、接着力は液体中の分子とチューブ表面の分子間の引力です。上昇する液体の量は、容器の直径と重力によって決まります。水にはこの独特の特徴がありますが、液体のような水銀には粘着力よりも強い凝集力があるため、そうではありません。
キャピラリー チューブ内の液体の上昇
円形の毛細管を表面張力の液体に垂直に浸します。そのメニスカスは、液体が上昇するにつれて上向きに湾曲します。これは、固体と液体の間の接触角です。表面張力は、液体と固体の接触線の単位長さごとに接線方向に内側に作用します。力の方向は、チューブの壁との角度を生み出します。ガラスの壁は、液体との接触線に沿って接線の方向に力を感じます。ニュートンの第 3 法則によると、すべてのアクションは等しく反対の反応を示します。
その結果、液体メニスカスは、ガラス壁から均等かつ反対の力に直面します。応答は 2 つの部分に分けられます:(i) cos は垂直方向に上、(ii) sin は水平方向に外側。メニスカス全体を考慮すると、水平成分は相殺されますが、垂直成分は加算されます。
全体の垂直力は、液体メニスカス上のチューブ内に立っている液体の柱を支えます。総垂直力 =単位長さあたりのメニスカス力の長さ.
注意すべき点がいくつかあります:
- 凝集力: 凝集力は、同じ物質の分子間の引力または反発力です。分子範囲は、分子が互いに引き合う最大距離です。分子の範囲を半径とし、分子の位置を中心として球体が構築されると考えられる場合、その球体は影響圏と呼ばれます。
- 粘着力: 付着力は、異なる物質の分子間の引力です。分子間力は 1011 N ですが、重力は 1050 N 程度です。分子間距離は 1010 m の範囲です。
接着力と凝集力の違いは、接着力を使用すると、液体が接続する別の分子セット (表面分子) を追加することを思い出すことで覚えることができます。
温度による表面張力変化の Eotvos 式
通常、液体の表面張力は、温度が上昇すると低下します。 Eotvos は、表面張力と温度の経験的な関係を発見しました。 V がモル体積で、Tc が臨界温度の場合、表面張力は γV2/3 =k(Tc − T) として計算されます。ここで、k はすべての液体で一定です。
いくつかの重要なポイント
<オール>表面エネルギー
GBCH構造は、2本の細いワイヤーを2回直角に曲げた構造です。別のワイヤ AD は、摩擦を引き起こすことなく、BG と CH の水平アームに沿って滑ることができます。フレームワークを石鹸液に浸して取り除くと、隙間に薄膜 ABCD が形成されます。
その結果、表面張力がワイヤ AD 上のすべての点でフィルムの表面に対して垂直および接線方向に作用し、ワイヤ AD はフレームワークのアーム BC に向かってゆっくりと進みます。ワイヤー AD を所定の位置に維持するには、ワイヤー AD を所定の位置に維持するために、反対方向に同等の力を加える必要があります。
球状シャボン玉内の過剰圧力
泡は、球状の石鹸液コーティングに包まれた空気にすぎません。バブルには 2 つの面があります。1 つは内側、もう 1 つは外側です。表面張力により、両側の分子が内側に押し出されます。泡の内側の圧力は、外側の圧力よりも大きくなければなりません。そうしないと、泡は球形を失います。
結論
毛細管の一方の端を水中に垂直に浸すと、液体は容器の高さより上の点に達するまで管を上昇します。同じキャピラリー チューブを水銀 (またはその他の非湿潤性液体) に浸すと、チューブ内の水銀レベルは容器内のレベルよりも低くなります。これは、チューブ内の水銀柱のくぼみにつながります。毛管現象、または毛管作用は、毛管内の液体の上昇または下降です。これにより、オイルが土壌の最上層、ランプの芯、土壌中の水の下、そしてある程度は植物の根や茎に上昇します.
