ลักษณะความ Capillarity และตัวอย่างในน้ำ

ฝอย มันเป็นคุณสมบัติของของเหลวที่ช่วยให้พวกเขาเคลื่อนที่ผ่านรูท่อหรือพื้นผิวที่มีรูพรุนแม้กับแรงโน้มถ่วง สำหรับเรื่องนี้จะต้องมีความสมดุลและการประสานงานของสองแรงที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลของของเหลว: การทำงานร่วมกันและการยึดเกาะ; การที่ทั้งสองมีการสะท้อนทางกายภาพเรียกว่าแรงตึงผิว.

ของเหลวจะต้องสามารถทำให้ผนังภายในของท่อเปียกหรือรูขุมขนของวัสดุที่ผ่านการเคลื่อนที่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงยึดเกาะ (ผนังของเหลวของหลอดเส้นเลือดฝอย) มากกว่าแรงระหว่างโมเลกุล ดังนั้นโมเลกุลของเหลวสร้างปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกับอะตอมของวัสดุ (แก้วกระดาษ ฯลฯ ) กว่าระหว่างพวกเขา.

ตัวอย่างคลาสสิกของความฝืดเมื่อเปรียบเทียบกับคุณสมบัตินี้สำหรับของเหลวที่แตกต่างกันสองอย่าง: น้ำและปรอท.

ภาพบนแสดงให้เห็นว่าน้ำลอยผ่านผนังของท่อซึ่งหมายความว่ามันมีแรงยึดเกาะที่สูงขึ้น ในขณะที่สิ่งที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้นกับดาวพุธเนื่องจากแรงยึดติดที่แน่นหนาของโลหะจะป้องกันไม่ให้กระจกเปียก.

ด้วยเหตุนี้น้ำจึงกลายเป็นวงเดือนเว้าและปรอทจะเป็นวงเดือนนูน (รูปโดม) ควรสังเกตว่ารัศมีของท่อที่เล็กกว่าหรือส่วนที่ของเหลวเคลื่อนที่ยิ่งมีความสูงหรือระยะทางมากเท่าไหร่ (เปรียบเทียบความสูงของเสาน้ำสำหรับท่อทั้งสอง).

ดัชนี

• 1 ลักษณะของความฝืดเคือง
  • 1.1 - พื้นผิวของของเหลว
  • 1.2 - ความสูง
  • 1.3 - แรงตึงผิว
  • 1.4-Radio ของเส้นเลือดฝอยหรือรูขุมขนที่ของเหลวเพิ่มขึ้น
  • 1.5 - มุมสัมผัส (θ)
• 2 ขอบเขตของน้ำ
  • 2.1 บนพืช
• 3 อ้างอิง

ลักษณะของความฝืด

-พื้นผิวของของเหลว

พื้นผิวของของเหลวที่จะบอกว่าน้ำในเส้นเลือดฝอยเป็นเว้า; นั่นคือวงเดือนเว้า สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากผลลัพธ์ของแรงที่กระทำต่อโมเลกุลของน้ำที่อยู่ใกล้กับผนังของหลอดจะถูกนำไปยังสิ่งนี้.

ในวงเดือนทั้งหมดมีมุมสัมผัส (θ) ซึ่งเป็นมุมที่สร้างผนังของหลอดเส้นเลือดฝอยที่มีเส้นสัมผัสสัมผัสกับพื้นผิวของของเหลว ณ จุดที่สัมผัส.

แรงยึดเกาะและแรงยึดเกาะ

หากแรงยึดติดของของเหลวกับผนังฝอยเหนือกว่าแรงยึดเกาะของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมุมจะเป็นθ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

เมื่อหยดน้ำวางบนพื้นผิวของแก้วที่สะอาดน้ำจะแพร่กระจายบนกระจกดังนั้นθ = 0 และ cos θ = 1.

ถ้าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเหนือกว่าแรงยึดเกาะของผนังเหลวของเส้นเลือดฝอยเช่นในปรอทวงเดือนจะนูนและมุมθจะมีค่า> 90º; ปรอทไม่เปียกฝอยและดังนั้นจึงไหลลงสู่ผนังด้านใน.

เมื่อวางปรอทลงบนพื้นผิวของแก้วที่สะอาดหยดจะยังคงรูปร่างและมุมθ = 140º.

-ความสูง

น้ำพุ่งผ่านท่อฝอยเพื่อสูง (h) ซึ่งน้ำหนักของคอลัมน์น้ำชดเชยสำหรับองค์ประกอบแนวตั้งของแรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุล.

เมื่อมีน้ำไหลมากขึ้นจะมีจุดที่แรงโน้มถ่วงหยุดการขึ้นของมันแม้จะมีแรงตึงผิวตามที่คุณต้องการ.

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นโมเลกุลจะไม่สามารถ "ไต่" ผนังด้านในต่อไปและแรงทางกายภาพทั้งหมดจะถูกทำให้เท่ากัน ในอีกด้านหนึ่งคุณมีกองกำลังที่ส่งเสริมการขึ้นของน้ำและในทางกลับกันน้ำหนักของคุณเองผลักลง.

กฎหมายของ Jurin

สิ่งนี้สามารถเขียนเชิงคณิตศาสตร์ได้ดังนี้

2 πrΥcosθ = ρgπr²ชั่วโมง

ที่ด้านซ้ายของสมการขึ้นอยู่กับแรงตึงผิวซึ่งมีขนาดที่เกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันหรือแรงระหว่างโมเลกุล; Cosθหมายถึงมุมสัมผัสและรัศมีของรูที่ของเหลวเพิ่มขึ้น.

และทางด้านขวาของสมการเรามีความสูง h, แรงโน้มถ่วง g และความหนาแน่นของของเหลว นั่นก็คือน้ำ.

การล้างแล้วคุณมี

h = (2Υcosθ / ρgr)

สูตรนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อกฎหมายของ Jurin ซึ่งกำหนดความสูงถึงคอลัมน์ของเหลวในหลอดเส้นเลือดฝอยเมื่อน้ำหนักของคอลัมน์ของเหลวมีความสมดุลกับแรงของการขึ้นสวรรค์โดย capillarity.

-แรงตึงผิว

น้ำเป็นโมเลกุลของขั้วเนื่องจากอะตอมของอะตอมออกซิเจนและรูปทรงของโมเลกุล สิ่งนี้ทำให้ส่วนของโมเลกุลน้ำซึ่งตั้งอยู่ที่ออกซิเจนถูกประจุลบในขณะที่ส่วนของโมเลกุลน้ำที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมจะมีประจุบวก.

โมเลกุลภายในของเหลวมีปฏิกิริยากับสิ่งนี้เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนหลายพันธะทำให้พวกมันอยู่ด้วยกัน อย่างไรก็ตามโมเลกุลของน้ำที่อยู่ในอินเทอร์เฟซน้ำ: อากาศ (พื้นผิว) อาจมีการดึงดูดสุทธิโดยโมเลกุลของไซนัสเหลวไม่ได้รับการชดเชยจากแรงดึงดูดที่อ่อนแอของโมเลกุลอากาศ.

ดังนั้นโมเลกุลของน้ำของอินเทอร์เฟซจึงมีแรงดึงดูดที่น่าจะลบโมเลกุลของน้ำออกจากอินเทอร์เฟซ นั่นคือสะพานไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นพร้อมกับโมเลกุลที่อยู่ด้านล่างลากตัวที่อยู่บนพื้นผิว ดังนั้นแรงตึงผิวพยายามที่จะลดพื้นผิวของน้ำ: อินเตอร์เฟซอากาศ.

ความสัมพันธ์กับ h

หากคุณดูที่สมการของกฎหมาย Jurin คุณจะพบว่า h เป็นสัดส่วนโดยตรงกับΥ; ดังนั้นยิ่งความตึงผิวของของเหลวเพิ่มขึ้นความสูงที่สามารถเพิ่มขึ้นผ่านเส้นเลือดฝอยหรือรูพรุนของวัสดุ.

ดังนั้นจึงคาดได้ว่าสำหรับของเหลวสองชนิดคือ A และ B ที่มีความตึงผิวแตกต่างกันหนึ่งอันที่มีแรงตึงผิวสูงที่สุดจะเพิ่มขึ้นเป็นความสูง.

สามารถสรุปได้จากจุดนี้ว่าแรงตึงผิวสูงเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดที่กำหนดคุณสมบัติของเส้นเลือดฝอยของของเหลว.

-รัศมีของเส้นเลือดฝอยหรือรูขุมขนซึ่งของเหลวเพิ่มขึ้น

การสังเกตกฎของ Jurin แสดงให้เห็นว่าความสูงของของเหลวในเส้นเลือดฝอยหรือรูขุมขนนั้นแปรผกผันกับรัศมีของค่าเดียวกัน.

ดังนั้นยิ่งรัศมีมีขนาดเล็กเท่าใดความสูงของคอลัมน์ของเหลวก็จะยิ่งสูงขึ้นตามการไหลของเส้นเลือดฝอย สิ่งนี้สามารถเห็นได้โดยตรงในภาพที่มีน้ำถูกเปรียบเทียบกับปรอท.

ในหลอดแก้วที่มีรัศมี 0.05 มม. รัศมีคอลัมน์น้ำตามความยาวของเสาจะสูงถึง 30 ซม. ในหลอดเส้นเลือดฝอยที่มีรัศมี 1 μmโดยมีแรงดูด 1.5 x 10³ hPa (ซึ่งเท่ากับ 1.5 atm) สอดคล้องกับการคำนวณความสูงของคอลัมน์น้ำตั้งแต่ 14 ถึง 15 เมตร.

มันคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับหลอดที่หมุนรอบตัวเองหลายครั้ง โดยการดูดของเหลวจะมีการสร้างความแตกต่างของความดันซึ่งทำให้ของเหลวนั้นเพิ่มขึ้นถึงปาก.

ค่าความสูงสูงสุดของคอลัมน์ที่ถึงโดยความเป็นเกลียวเป็นทฤษฎีเนื่องจากรัศมีของเส้นเลือดฝอยไม่สามารถลดลงเกินกว่าที่กำหนดได้.

กฎหมายของ Poiseuille

นี่เป็นการพิสูจน์ว่าการไหลของของเหลวจริงนั้นได้รับจากนิพจน์ต่อไปนี้:

Q = (πr⁴/ 8ηl) ΔP

เมื่อ Q คือการไหลของของเหลวηคือความหนืด l ความยาวของท่อและΔPความแตกต่างของความดัน.

เมื่อลดรัศมีของเส้นเลือดฝอยความสูงของคอลัมน์ของของเหลวที่ถึงโดย capillarity ควรเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ อย่างไรก็ตาม Poiseuille ชี้ให้เห็นว่าการลดรัศมียังช่วยลดการไหลของของเหลวผ่านเส้นเลือดฝอย.

นอกจากนี้ความหนืดซึ่งเป็นเครื่องวัดความต้านทานที่ต่อต้านการไหลของของเหลวจริงจะช่วยลดการไหลของของเหลวได้อีก.

-มุมของการติดต่อ (θ)

ยิ่งค่าของcosθสูงเท่าไรความสูงของคอลัมน์น้ำก็จะยิ่งสูงขึ้นตามที่กฎหมายกำหนดไว้.

ถ้าθมีขนาดเล็กและใกล้ศูนย์ (0), cosθคือ = 1 ดังนั้นค่า h จะสูงสุด ในทางตรงกันข้ามถ้าθเท่ากับ90º, cosθ = 0 และค่าของ h = 0.

เมื่อค่าของθมากกว่า90ºซึ่งเป็นกรณีของวงเดือนนูนของเหลวจะไม่เพิ่มขึ้นตามความน่าสนใจและแนวโน้มที่จะลดลง (เกิดขึ้นกับปรอท).

น้ำฝอย

น้ำมีค่าความตึงผิว 72.75 นิวตัน / ม. ซึ่งค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับค่าความตึงผิวของของเหลวดังต่อไปนี้:

-อะซิโตน: 22.75 N / m

-เอทิลแอลกอฮอล์: 22.75 N / m

-Hexane: 18.43 N / m

-เมทานอล: 22.61 N / m.

ดังนั้นน้ำจึงมีความตึงผิวที่ยอดเยี่ยมซึ่งสนับสนุนการพัฒนาของปรากฏการณ์เส้นเลือดฝอยดังนั้นจึงจำเป็นสำหรับการดูดซับน้ำและสารอาหารจากพืช.

บนต้นไม้

Capillarity เป็นกลไกสำคัญสำหรับการเพิ่มขึ้นของ SAP โดย xylem ของพืช แต่มันก็ไม่เพียงพอที่จะทำให้ SAP ไปถึงใบไม้ของต้นไม้.

การคายน้ำหรือการระเหยเป็นกลไกสำคัญในการขึ้นของ SAP โดย xylem ของพืช ใบสูญเสียน้ำโดยการระเหยทำให้ลดจำนวนโมเลกุลของน้ำซึ่งเป็นสาเหตุของการดึงดูดของโมเลกุลของน้ำที่มีอยู่ในหลอดเส้นเลือดฝอย (xylem).

โมเลกุลของน้ำไม่ได้ทำหน้าที่เป็นอิสระจากกัน แต่มีปฏิสัมพันธ์โดยกองกำลังของแวนเดอร์วาลส์ซึ่งทำให้พวกเขาเชื่อมโยงกับหลอดเส้นเลือดฝอยของพืชที่มีต่อใบ.

นอกจากกลไกเหล่านี้ควรสังเกตว่าพืชดูดซับน้ำจากดินโดยการออสโมซิสและแรงดันบวกที่เกิดขึ้นที่รากขับการเริ่มต้นของการขึ้นของน้ำผ่านเส้นเลือดฝอยของพืช.

การอ้างอิง

1. García Franco A. (2010) ปรากฏการณ์ผิวเผิน สืบค้นจาก: sc.ehu.es
2. ปรากฏการณ์พื้นผิว: แรงตึงผิวและความฝืด [PDF] ดึงมาจาก: ugr.es
3. วิกิพีเดีย (2018) ฝอย สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
4. Risvhan T. (s.f. ) ความฝืดในพืช สืบค้นจาก: academia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 ธันวาคม 2018) การกระทำของเส้นเลือดฝอย: คำจำกัดความและตัวอย่าง ดึงมาจาก: thoughtco.com
6. Ellen Ellis M. (2018) การกระทำของเส้นเลือดฝอย: คำนิยาม & ตัวอย่าง การศึกษา ดึงมาจาก: study.com
7. พนักงานของ ScienceStruck (16 กรกฎาคม 2017) ตัวอย่างที่อธิบายแนวคิดและความหมายของการกระทำของเส้นเลือดฝอย ดึงมาจาก: sciencestruck.com