모세관 현상과 물의 예



그 모세관 현상 중력에 저항하여 관형 구멍이나 다공성 표면을 통해 움직일 수있는 액체의 특성입니다. 이를 위해서는 액체 분자와 관련된 두 가지 힘의 균형과 조정이 있어야합니다 : 응집력과 점착력; 이 두 가지를 표면 장력이라 불리는 물리적 인 반사.

액체는 튜브의 내부 벽 또는 튜브가 움직이는 재료의 기공을 적시는 것이 가능해야합니다. 이것은 접착력 (모세관 튜브의 액체 벽)이 분자간 응집력보다 큰 경우에 발생합니다. 결과적으로, 액체 분자는 물질 (유리, 종이 등)의 원자와의 상호 작용보다 강한 상호 작용을 생성합니다.

모세관 현상의 고전적인 예는 물과 수은이라는 두 가지 매우 다른 액체에 대한이 특성의 비교에서 설명됩니다.

상부 이미지는 물이 튜브의 벽을 통해 상승한다는 것을 나타내며, 이는 더 높은 접착력을 가짐을 의미합니다. 응집력이 있고 금속 결합력이 유리를 적시는 것을 방지하기 때문에 수은과는 정반대의 현상이 일어난다..

이러한 이유로 물은 오목한 메 니스 커스를 형성하고 수은은 볼록한 반원형 (돔 모양)을 형성합니다. 튜브의 반경이 작거나 액체가 이동하는 부분이 작을수록 높이 또는 이동 거리가 커집니다 (두 튜브의 물기둥 높이 비교).

색인

  • 1 모세관 현상의 특성
    • 1.1 - 액체 표면
    • 1.2 - 가중치
    • 1.3 - 표면 장력
    • 1.4 - 액체가 상승하는 모세 혈관이나 기공의 방사
    • 1.5 - 접촉각 (θ)
  • 2 물 모세관 현상
    • 2.1 식물에
  • 3 참고

모세관 현상의 특성

-액체 표면

모세관에서 물의 표면은 오목하다. 즉, 반월 상 연골은 오목하다. 이 상황은 튜브 벽 근처의 물 분자에 작용하는 힘의 결과가이 방향으로 향하기 때문에 발생합니다.

모든 반월 상 연에서 접촉각 (θ)은 접촉 지점에서 액체의 표면에 접선이있는 모세관 튜브의 벽을 형성하는 각도입니다.

접착력과 응집력

모세관 벽에 대한 액체의 접착력이 분자간 응집력보다 큰 경우, 각도는 θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

청결한 유리의 표면에 물 한 방울을 놓으면 유리에 물이 퍼져 θ = 0과 cosθ = 1이됩니다..

분자 간 응집력이 모세관의 액체 벽 밀착 강도보다 큰 경우, 예를 들어 수은에서 메 니스 커스는 볼록하고 각도 θ는 90 °보다 큰 값을 갖습니다. 수은은 모세관 벽을 적시 지 않으므로 내벽을 통해 내려 간다..

청결한 유리 표면에 수은 한 방울을 떨어 뜨리면 방울 모양이 유지되고 각도 θ = 140º.

-높이

모세관을 통해 물이 상승하여 높이 (h)에 도달하며, 여기서 물줄기의 무게는 분자간 응집력의 수직 성분을 보상합니다.

더 많은 물이 올라감에 따라, 표면 장력이 유리하게 작용할지라도 중력이 상승하는 지점이 생깁니다..

이것이 일어날 때, 분자는 내벽을 "올라"올라갈 수없고, 모든 물리적 힘이 균등하게됩니다. 한 손에는 물의 상승을 촉진시키는 힘이 있고, 다른 한편으로는 그것을 밀어 내리는 힘이 있습니다..

법린의 법칙

이것은 수학적으로 다음과 같이 쓰여질 수 있습니다 :

2 π r Υcosθ = ρgπr2h

방정식의 왼쪽은 표면 장력에 의존하며, 그 크기는 응집력 또는 분자간 힘과 관련이있다. Cosθ는 접촉 각을 나타내고, r은 액체가 통과하는 구멍의 반경.

방정식의 우변에는 높이 h, 중력 g, 액체 밀도가 있습니다. 그게 물이 될거야..

지우고 지낸다.

h = (2 · Ycosθ / ρgr)

이 공식은 Jurin의 법칙으로 알려져 있으며, 액체 컬럼의 무게가 모세관 현상에 의한 상승력과 균형을 이루는 경우, 액체 컬럼이 모세관에서 도달하는 높이를 정의합니다.

-표면 장력

물은 산소 원자의 전기 음성도 (electronegativity)와 분자 구조 때문에 쌍 극성 분자 (dipolar molecule)이다. 이것은 물 분자의 부분이 산소가 음전하를 띠게하는 반면 물 분자는 2 개의 수소 원자를 포함하는 부분을 양으로 대전시킨다.

액체 내의 분자들은 여러 개의 수소 결합을 통해 이것을 통해 서로 상호 작용하여 상호 작용합니다. 그러나, 물 : 공기 (표면)와 계면에있는 물 분자는 공기 분자와의 약한 인력에 의해 보상되지 않고 액체 부비동 분자에 의해 순 인력을 받게됩니다..

따라서 계면의 물 분자는 계면에서 물 분자를 제거하는 경향이있는 인력을 받게됩니다. 즉, 바닥에있는 분자로 형성된 수소 브릿지는 표면에있는 수소 다리를 끕니다. 따라서, 표면 장력은 물의 표면을 감소 시키려고한다 : 공기 계면.

h와의 관계

주린 법칙의 방정식을 보면 h가 Υ에 직접 비례 함을 알 수 있습니다. 그러므로, 액체의 표면 장력이 클수록, 물질의 모세관 또는 기공을 통해 상승 할 수있는 높이가 더 커진다.

따라서, 상이한 표면 장력을 갖는 두 액체 A 및 B에 대해, 가장 높은 표면 장력을 갖는 액체가보다 높은 높이로 상승 할 것으로 예상 될 수있다.

이 점으로부터, 높은 표면 장력은 액체의 모세관 특성을 정의하는 가장 중요한 특성이라고 결론 지을 수있다.

-액체가 상승하는 모세관 또는 기공의 반경

줄린 (Jurin)의 법칙을 관찰 한 결과 모세관이나 기공의 액체가 도달 한 높이는 반경에 반비례한다는 것을 알 수있다..

따라서 반경이 작을수록 모세관 작용으로 액체 컬럼이 도달하는 높이가 커집니다. 이것은 물이 수은과 비교되는 이미지에서 직접 볼 수 있습니다..

반경이 0.05 mm 인 유리 튜브에서 모세관 현상에 의한 물기둥의 높이는 30 cm에 달합니다. 흡입 압력이 1.5 x 10 인 1 μm 반경의 모세관3 hPa (1.5 기압과 동일)는 수원의 높이를 14에서 15m로 계산 한 것에 해당합니다.

이것은 그 자체로 여러 번 회전하는 빨대에서 일어나는 것과 매우 흡사합니다. 액체를 흡입함으로써, 액체가 입으로 상승하게하는 압력 차가 생성된다.

모세관 반경이 특정 한도를 초과하여 감소 될 수 없기 때문에 모세관 현상에 의해 도달 된 기둥의 최대 높이 값은 이론적입니다.

Poiseuille의 법칙

이것은 실제 액체의 흐름이 다음과 같은 식으로 주어진다는 것을 확증한다.

Q = (πr4/ 8η1) ΔP

여기서 Q는 액체의 흐름, η는 점도, l는 튜브의 길이, ΔP는 압력 차.

모세관 반경을 줄이면 모세관 현상에 의해 도달 된 액체 칼럼의 높이가 무기한 증가해야합니다. 그러나 Poiseuille은 반경 감소가 모세관을 통과하는 액체의 흐름을 감소 시킨다는 점을 지적합니다.

또한, 실제 액체의 흐름에 대항하는 저항의 척도 인 점도는 액체의 흐름을 더 감소시킬 것이다.

-접촉각 (θ)

cosθ의 값이 높을수록, Jurin의 법칙에 따라 모세관 현상에 의한 수층의 높이가 높아진다.

θ가 작고 0에 가까워지면 cosθ는 1이므로 값 h는 최대가됩니다. 반대로, θ가 90 °이면, cosθ = 0이고 h = 0의 값.

볼록한 메 니스 커스의 경우 θ가 90 °보다 클 때, 액체는 모세관 현상에 의해 상승하지 않으며 그 경향은 (수은에서 발생하는 것처럼).

물 모세관 현상

물의 표면 장력 값은 72.75 N / m로 다음 액체의 표면 장력 값에 비해 상대적으로 높습니다.

-아세톤 : 22.75 N / m

-에틸 알코올 : 22.75 N / m

-헥산 : 18.43 N / m

-메탄올 : 22.61 N / m.

따라서 물은 탁월한 표면 장력을 가지고있어서 식물의 물과 영양소 흡수에 필요한 모세관 현상의 발전에 유리합니다.

식물에

모세관 현상은 식물의 목질에 의한 수액의 상승을위한 중요한 메커니즘이지만 수액을 나무의 잎에 도달시키는 것은 그 자체로 불충분하다.

증산 또는 증발은 식물의 목부에서 수액의 상승에 중요한 메커니즘입니다. 잎은 증발에 의해 물을 잃어서 물 분자의 양을 감소시켜 모세관 (xylem)에 존재하는 물 분자의 인력을 유발하고,.

물 분자는 서로 독립적으로 작용하지는 않지만 반 데르 발스 힘에 의해 상호 작용하여 잎의 방향으로 식물의 모세관으로 연결됩니다..

이러한 메커니즘에 추가하여, 식물은 삼투에 의해 토양으로부터 물을 흡수하고 뿌리에서 생성 된 양압은 식물의 모세 혈관을 통해 물의 상승의 시작을 유도한다는 점에 주목해야한다.

참고 문헌

  1. García Franco A. (2010). 표면적 인 현상. 원본 주소 'sc.ehu.es'
  2. 표면 현상 : 표면 장력과 모세관 현상. [PDF] 원본 주소 'ugr.es'
  3. 위키 백과. (2018). 모세 혈관 원본 주소 'en.wikipedia.org'
  4. Risvhan T. (s.f.) 식물의 모세관 현상. 검색자 : academia.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 년 12 월 22 일). 모세관 작용 : 정의 및 예. 검색자 : thoughtco.com
  6. Ellen Ellis M. (2018). 물의 모세관 작용 : 정의 및 예. 공부해라. 원본 주소
  7. ScienceStruck 직원. (7 월 16 일, 2017). 모세관 현상의 개념과 의미를 설명하는 사례. 원본 주소 'sciencestruck.com'