Физика › 8 класс › Тепловые явления

Тема 2Капиллярные явления

★★★

Термины темы — найди их в тексте:СмачиваниеКапиллярКапиллярные явления

Молекулы притягиваются не только к «своим», но и к молекулам других веществ. Прижмите чистое стекло к воде и оторвите — на стекле останется слой воды. Значит, вода притягивается к стеклу сильнее, чем сама к себе. Со ртутью стекло останется сухим: атомы ртути сильнее притягиваются друг к другу.

Стекло отрывают от воды — на нём остаётся вода. От ртути стекло отрывается сухим Иллюстрация: light-fizika.ru

Определение

Смачивание — растекание жидкости по поверхности твёрдого тела. Жидкость смачивает поверхность, если её молекулы притягиваются к молекулам тела сильнее, чем друг к другу.

Несмачивающая капля собирается в шарик, смачивающая растекается Иллюстрация: light-fizika.ru

	Смачивает	Не смачивает
Что сильнее	притяжение жидкость — тело	притяжение жидкость — жидкость
Примеры	вода на чистом стекле, нефть на перьях	вода на воске, жире; ртуть на стекле
Поверхность у стенки (мениск)	вогнутая	выпуклая
В узкой трубке	поднимается	опускается

Мениск ртути выпуклый (слева), мениск воды вогнутый (справа) Иллюстрация: light-fizika.ru

Образ для запоминания

Смачивание — это «дружба» жидкости со стенкой. Дружит — тянется к стенке и ползёт вверх: поверхность прогибается, как улыбка ‿. Не дружит — отстраняется: поверхность выгибается, как нахмуренная бровь ⌒.

Капилляры

Определение

Капилляр — очень узкая трубка. Капиллярные явления — подъём или опускание жидкости в капиллярах.

Смачивающая жидкость в капилляре поднимается на высоту h, несмачивающая — опускается

Высота подъёма зависит от жидкости, материала трубки и её ширины. Чем уже трубка, тем выше поднимается жидкость: если радиус уменьшить в 2 раза, высота вырастет в 2 раза.

h_1 r_1 = h_2 r_2

Вода (слева) поднимается тем выше, чем уже трубка; ртуть (справа) опускается тем ниже Иллюстрация: light-fizika.ru

В жизни

Вода поднимается по тонким каналам в стеблях растений и в почве.
Полотенце, салфетка, губка впитывают воду; фитиль поднимает горючее, а стержень капиллярной ручки — чернила.
Сырость поднимается по кирпичу, поэтому фундамент отделяют от стен слоем гидроизоляции.

Капилляры в природе и в быту: дерево, салфетка, капиллярная ручка, кирпичная кладка Иллюстрация: light-fizika.ru

Капля на листе с восковым налётом собирается в шарик. Утки смазывают перья жиром и выходят из воды сухими, а водомерка бегает по воде, не намочив лапок. Нефть же смачивает перья — поэтому разливы нефти так опасны для птиц.

Вода не смачивает воск, жир и лапки водомерки Иллюстрация: light-fizika.ru

⚗ Мини-опыт

Меняйте радиус трубки и следите за высотой столба. Во сколько раз изменится высота, если радиус уменьшить вдвое? Переключитесь на ртуть — что произошло?

▶ Симуляция PhET

Сближайте и раздвигайте два атома и следите за силой между ними: на малом расстоянии — отталкивание, чуть дальше — притяжение. Именно притяжение молекул разных веществ решает, смачивает ли жидкость поверхность.

Взаимодействие атомовОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Жидкость смачивает поверхность твёрдого тела, если…

Притяжение к стенке «перетягивает» — жидкость растекается по ней.

2Трубку заменили на втрое более узкую. Как изменится высота подъёма воды?

h_1r_1=h_2r_2

: во сколько раз уже трубка, во столько раз выше подъём.

3Какой мениск у ртути в стеклянной трубке?

Ртуть не смачивает стекло и отстраняется от стенок.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

Вода смачивает стекло. Какую форму имеет поверхность воды у стенок стеклянного стакана?
Ответ
Вогнутую.
Как получилось?
Ртуть не смачивает стекло. Поднимется или опустится ртуть в стеклянном капилляре?
Ответ
Опустится ниже уровня в широком сосуде.
Как получилось?
В трубке радиусом 1 мм вода поднялась на 15 мм. На какую высоту поднимется вода в трубке радиусом 0,5 мм?
Ответ
Радиус меньше в 2 раза — высота больше в 2 раза: 30 мм.
Как получилось?
В капилляре радиусом 0,2 мм вода поднялась на 7,5 см. На какую высоту она поднимется в капилляре радиусом 0,6 мм?
Ответ
Радиус больше в 3 раза — высота меньше в 3 раза: 2,5 см.
Как получилось?
Почему капля воды на листе капусты собирается в шарик и скатывается?
Ответ
Лист покрыт восковым налётом, а вода не смачивает воск.
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

Почему поверхность перед покраской водной краской обезжиривают?
Ответ
Вода не смачивает жирную поверхность — краска соберётся в капли и не ляжет ровным слоем.
Как получилось?
Зачем между фундаментом и кирпичной стеной кладут слой рубероида или битума?
Ответ
Кирпич пронизан капиллярами, и по ним из земли поднимается вода. Гидроизоляция не смачивается и прерывает этот подъём.
Как получилось?
В капилляре радиусом 0,5 мм вода поднялась на 3 см. Каким должен быть радиус капилляра, чтобы вода поднялась на 12 см?
Ответ
$r_2=\dfrac{h_1 r_1}{h_2}=\dfrac{3\cdot0{,}5}{12}=0{,}125$ мм.
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Смачивание

Растекание жидкости по поверхности твёрдого тела.

Капилляр

Очень узкая трубка.

Капиллярные явления

Подъём или опускание жидкости в капиллярах.

Высота в капилляре

h_1r_1=h_2r_2

— чем уже трубка, тем выше поднимается смачивающая жидкость.

Мениск

Изогнутая поверхность жидкости у стенки: вогнутый — смачивает, выпуклый — не смачивает.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.