Câu hỏi: Hiện tượng mao dẫn là gì?
Lời giải:
- Hiện tượng mao dẫnlà hiện tượngchất lỏngtự dâng lên cao trong vùngkhông gianhẹp mà không cần, thậm chí ngược hướng, với ngoại lực [như trọng lực].
- Hiện tượng có thể quan sát ở các ống tiết diện nhỏ, các khe rất hẹp giữa hai tấm kính, nhựa, giữa các răng của bàn chải,...
- Nguyên nhân do bản thân trong chất lỏng có lực dính ướt [lực làm cho dung dịch giữ lại trên bề mặt các chất và sức căng bề mặt]. Khi lực dính ướt lớn hơn sức căng bề mặt thìdung dịchđược kéo lên trên bề mặt chất lỏng một khoảng.
Kiến thức mở rộng : Hiện tượng mao dẫn là gi?
Định nghĩa hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng dâng lên hay hạ xuống của mực chất lỏng ở bên trong các ống có đường kính trong nhỏ, trong các vách hẹp, khe hẹp, các vật xốp,….. so với mực chất lỏng bên ngoài
Hiện tượng mao dẫn, ống mao dẫn:
Thí nghiệm hiện tượng mao dẫn: nhúng các ống thủy tinh có đường kính trong nhỏ vào trong chất lỏng, ta nhận thấy mức chất lỏng bên trong ống thủy tinh có thể dâng lên cao hơn hoặc hạ xuống thấp hơn so với mức chất lỏng ở bên ngoài ống mực chất lỏng bên ngoài
Nếu chất lỏng làm dính ướt thủy tinh thì mức chất lỏng bên trong ống sẽ dâng cao hơn mức chất lỏng bên ngoài ống.
Nếu chất lỏng không dính ướt ống thủy tinh thì mức chất lỏng bên trong ống sẽ hạ xuống thấp hơn mức chất lỏng bên ngoài ống. Ống thủy tinh ở trên gây ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn.
Giải thích hiện tượng mao dẫn:
Do đường kính trong của ống thủy tinh nhỏ nên lực hút phân tử của chất rắn lên các phân tử chất lỏng ở gần thành ống thủy tinh lớn hơn lực hút của các phân tử chất lỏng [bên trong lòng chất lỏng] lên các phân tử chất lỏng ở gần thành ống thủy tinh, lực hút này giúp nước bên trong ống thủy tinh dân cao hơn so với mức chất lỏng ở bên ngoài ống. Ống thủy tinh có đường kính càng nhỏ thì mức chất lỏng bên trong ống dâng càng cao.
Trường hợp ngược lại nếu thành ống thủy tinh không dính ướt thì lực hút giữa các phân tử chất lỏng [bên trong lòng chất lỏng] lên các phân tử chất lỏng ở thành bình sẽ kéo các phân tử chất lỏng ở thành bình bị hạ xuống.
Hiện tượng mao dẫn trong thực tế không chỉ xảy ra đối với các ống có đường kính trong nhỏ trong thực tế hiện tượng mao dẫn có ở rất nhiều nơi
Hiện tượng mao dẫn xảy ra ở vách tường trong nhà, nơi các vách tường tiếp xúc nhiều với chất lỏng ẩm ướt ở nền nhà. Lâu ngày do hiện tượng mao dẫn các chất lỏng dưới nền nhà dâng lên làm ẩm cả bức tường.
Kết luận:Hiện tượng mao dẫnlà hiện tượng dân lên hay hạ xuống của mực chất lỏng ở bên trong các ống có bán kính trong nhỏ [gọi là ống mao dẫn], trong các vách hẹp, khe hẹp, các vật xốp ... so với mực chất lỏng bên ngoài.
Công thức tính độ chênh lệch mức chất lỏng khi xảy ra hiện tượng mao dẫn
Trong đó:
- σ: hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng[N/m]
-ρ: khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m3]
-d: đường kính trong của ống [m]
-h: là độ chênh giữa mức chất lỏng bên trong và bên ngoài ống mao dẫn [m]
-g: gia tốc rơi tự do [m/s2]
Ứng dụng hiện tượng mao dẫn
Do hiện tượng mao dẫn, nước có thể dâng lên từ đất qua hệ thống các ống mao dẫn trong bộ rễ và trong thân cây để nuôi cây tưoi tốt; dầu hoả có thể ngấm theo các sợi nhỏ trong bấc đèn lên đến ngọn bấc để cháy; dầu nhờn có thể thấm qua các lớp phớt hay mút xốp để bôi tron liên tục các vòng đỡ trục quay của các động co điện,...
Sức căng bề mặt [còn gọi là năng lượng bề mặt hay ứng suất bề mặt, thường viết tắt là σ hay γ hay T] hiểu một cách nôm na là đại lượng đánh giá độ đàn hồi hay độ bền của mặt liên diện giữa hai pha. Tính đàn hồi của mặt lên diện giữa hai pha có được trên cơ sở lực hút phân tử trong mỗi pha và giữa các phân tử của hai pha tiếp giáp mặt liên diện.
| Bảo toàn khối lượng Bảo toàn động lượng Bảo toàn năng lượng Bất đẳng thức Entropy Clausius-Duhem |
| Chất rắn · Ứng suất · Biến dạng * Biến dạng dẻo · Thuyết sức căng tới hạn · Infinitesimal strain theory · Đàn hồi · Đàn hồi tuyến tính · độ dẻo · Đàn nhớt · Định luật Hooke · Lưu biến học * Uốn |
| Chất lưu · Thủy tĩnh học Động học chất lưu * Lực đẩy Archimedes * Nguyên lý Bernoulli * Phương trình Navier-Stokes * Dòng chảy Poiseuille * Định luật Pascal · Độ nhớt · Chất lưu Newton Chất lưu phi Newton Sức căng bề mặt * Áp suất |
Hộp này:
- xem
- thảo luận
- sửa
Ví dụ tại bề mặt liên diện giữa hai pha: nước [pha lỏng] và không khí [pha khí], sức căng ở bề mặt giọt nước và không khí được hình thành do lực hút giữa các phân tử nước mạnh hơn nhiều lực hút giữa chúng và các phân tử khí cũng như lực hút giữa các phân tử khí với nhau. Do đó giọt nước trong không khí có xu hướng co cụm lại sao cho diện tích bề mặt nhỏ nhất có thể. Nếu độ lớn của lực trọng trường nhỏ hơn, các lực xung quanh giọt nước sẽ cân bằng và nó sẽ có hình cầu.
HIện tượng dính ướt và không dính ướt:
Hiện tượng dính ướt xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa 3 pha: hai pha lỏng [hoặc một pha lỏng và một pha khí] trên bề mặt pha rắn. Ví dụ khi giọt nước nằm trên một bề mặt rắn ưa nước, do lực hút giữa các phân tử ở bề mặt rắn với các phân tử nước lớn hơn nhiều lực hút giữa các phân tử nước với nhau, giọt nước sẽ có xu hướng trải ra tăng diện tích mặt liên diện giữa nước và pha rắn. Bề mặt rắn càng ưa nước thì diện tích nước trải ra càng lớn. Có thể quan sát hiện tượng này trên một số chảo chống dính. Ngược lại nếu một giọt nước [pha lỏng] nằm trên bề mặt rắn không ưa nước [pha rắn], nó sẽ có xu hướng co cụm lại sao cho diện tích bề mặt liên diện nước-không khí [pha khí] và diện tích mặt liên diện nước-bề mặt rắn nhỏ nhất có thể. Chúng ta có thể dễ dàng quan sát hiện tượng này khi nhìn những giọt sương trên lá vào buổi sáng. Một trong những bề mặt không ưa nước dễ nhận thấy là bề mặt lá sen và lá khoai.
Hiện tượng mao dẫn:
Khi cắm ống mao quản [làm bằng vật liệu ưa nước] vào nước chúng ta cũng có hệ 3 pha gồm: nước [pha lỏng], thành ống mao quản [pha rắn] và không khí [pha khí]. Tại mặt liên diện giữa nước và thành ống mao quản, nước sẽ có xu hướng dâng lên, trải ra làm tăng diện tích mặt liên diện hai pha. Tại mặt liên diện giữa nước và không khí, lực hút giữa các phân tử nước mạnh hơn so với giữa nước và không khí làm cho nước có xu hướng co cụm giảm diện tích liên diện, giúp mực nước nâng lên gần bằng với các phân tử nước ở gần thành ống mao quản. Mao quản có đường kính càng nhỏ, vật liệu thành ống mao quản càng ưa nước, áp suất trong pha khí càng thấp, lực trọng trường càng yếu thì mực nước càng dâng cao. Thực tế trong cốc nước bình thường có đường kính tương đối lớn mực nước ở thành cốc cũng vẫn cao hơn so với mực nước ở xa thành nhưng bằng mắt thường khó có thể nhận ra.
Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn đã giúp giải thích một số quá trình như nước vận chuyển từ rễ lên đến lá, tại sao nhện nước bò trên mặt nước, trạng thái cân bằng của nhũ tương cũng như tác dụng tẩy rửa của xà phòng nói riêng hay hoạt tính nói chung của chất hoạt hóa bề mặt,...
Sức căng bề mặt giữa hai pha là công cơ học thực hiện khi lực căng làm cho diện tích mặt liên diện thay đổi một đơn vị diện tích. Như vậy nó cũng là mật độ diện tích của năng lượng; ý nghĩa này mang lại tên gọi năng lượng bề mặt cho đại lượng vật lý này. Như vậy, trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo sức căng bề mặt tương đương Jun trên mét vuông.
Sức căng bề mặt giữa hai pha phụ thuộc vào tính chất các phân tử của từng pha và các điều kiện môi trường như nhiệt độ, áp suất...
Một cách đo sức căng bề mặt men gốm lúc đang lỏng.
Các phương pháp đo sức căng bề mặt bao gồm:
- Vòng Du Noüy
- Tấm Wilhelmy
- Phương pháp giọt xoay tròn
- Phương pháp giọt pêđan
- Phương pháp áp suất bọt.
- Phương pháp thể tích giọt.
- Hiện tượng mao dẫn
- Độ nhớt
| Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Sức căng bề mặt. |
- Sức căng bề mặt tại Từ điển bách khoa Việt Nam
- Surface tension [physics] tại Encyclopædia Britannica [tiếng Anh]
- Theory of surface tension measurements Lưu trữ 2009-01-27 tại Wayback Machine
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Sức_căng_bề_mặt&oldid=65533647”