на какую высоту может подняться вода в капиллярной трубке диаметром 2 мкм

Просачивание и капиллярный подъем воды в песках

А. Газен делал опыты над скоростью вертикального просачивания воды через различные пески. Он экспериментировал как с песка­ми природными, представляющими естественные смесп разнородных зерен, так и с фракциями определенного диаметра, полученными отсеиванием и отмучиванием из естественных смесей. Газен пришел к заключению, что всякую естественную песчаную породу, состоящую из разно­образных зерен, можно заменить породой искусственной, состоящей из зерен одного определенного диаметра, причем скорость просачивания в этой последней будет такая же, как к в естественной породе. Если мы естественную породу разобьем на фракции при помощи сит и отметим диаметр того сита, которое задержало на себе 90% песчинок и про­пустило 10 %. то через песок из зерен такого диаметра вода будет просачиваться так, как через всю природную смесь. Диаметр зерен, соответствующий диаметру сит, пропускающих только 10 % породы, Газен назвал действую­щим (эффективным — d_ef ) диаметром. Оказалось, что для расчетов значение действующего диаметра имеет огромное значение. Если пропускать воду через два сорта песка, из которых у одного действующий диаметр равен 0,1 мм, а у другого 0,2 мм, то скорость движения воды во втором случае будет в 4 раза большей, чем в первом; другими словами, скорости просачивапия относятся как квадраты действующих величин.

где R — радиус капилляра; А — капиллярная постоян­ная жидкости, равная высоте подъема ее в смачивающейся трубке радиусом в 1 мм; р — плотность жидкости; g — ускорение силы тяжести.

Для воды А = 15,4 при 0° С. Поры определенной величины (вероятно, 0,005—0,1 мм) проводят воду скорее всего; при более узких капиллярных порах вследствие усиления трения и прилипания, а также при более широких порах вследствие уменьшения поверхност­ного натяжения капиллярное поднятие воды замедляется.

Из изложенного выше видно, что величины, найден­ные для капиллярного поднятия влаги в воздушно-сухой породе (как это обыкновенно практикуется в лаборатории), не применимы к полевым условиям, так как в последнем случае вода движется в более или менее увлажненной среде.

При повышении температуры породы скорость капил­лярного поднятия воды несколько возрастает, но оконча­тельная высота поднятия уменьшается. Это явление нахо­дится в зависимости от уменьшения удельной вязкости воды при повышении ее температуры.

Набор трубок для изучения капил­лярного поднятия воды

Глубина, с которой может подниматься вода, различна для разных грунтов, но в общем не превышает, по Ротми­строву, 1 м глубины. Атмосферные осадки, просочившиеся глубже этого предела, называемого Ротмистровым «крити­ческим горизонтом», уже не могут подняться вверх капил­лярным путем.

Найденная Ротмистровым величина, очевидно, относит­ся только к условиям одесского опытного поля, где работал этот исследователь. По данным других исследователей, капиллярная вода может подняться, хотя и очень медлен­но, до 2—3 м (в лессах) или не достигнуть высоты 1 м (например, в песке). Предел поднятия воды в наиболее мелкозернистых грунтах, по лабораторным исследованиям, лежит на высоте около 2 м. В естественных условиях, по наблюдениям Измаильского и Высоцкого, можно допустить, что в плотных мелкозернистых грунтах вода капиллярно может подняться (хотя и очень медленно) до высоты около б м.

В начале поднятия вода движется в почве (черноземе) со скоростью около 1—2 см/мин; высоты в 50 см вода достигает за 2—3 дня и движется па этой высоте со скоро­стью около 1 мм/ч; чтобы подняться воде до высоты 1 м, требуется уже 2—3 месяца при скорости движения в пос­леднее время менее 0,5 см/сут; наконец, для достижения высоты 2 м необходимо около года, причем скорость движе­ния воды на этой высоте менее 1 мм/сут. По скорости поднятия воды на различные высоты можно приблизитель­но определить количества воды, доставляемые почвами на ту или иную высоту, считая при этом, что для смачива­ния известного объема почвы (чем выше, тем меньше) требуется, по данным некоторых авторов, от 25 до 15% воды по объему.

Водные свойства глин и глинистых пород существенно отличаются от свойств песков. Уже при рассмотрении капиллярных свойств грунтов мы видели, насколько они разнятся в песках и глинах. Также отличны и другие свойства этих двух групп пород. Гидрогеологи и теорети­чески и практически занимаются преимущественно порода­ми группы песков. Гидродинамические явления в послед­них изучены уже довольно хорошо. Что же касается глини­стых грунтов, то гидрогеологическая практика в отноше­нии их крайне ограничена. В настоящее время водные свойства этих грунтов изучаются почти исключительно грунтоведами и почвоведами, у которых гидрогеологи и черпают свои сведения

Источник

Задачи на тему «Поверхностное натяжение и свойства жидкостей» с решениями

Сегодня поверхностно рассматриваем тему поверхностного натяжения и решаем соответствующие задачи по физике.

Даже если вы не большой любитель жидкости, подписывайтесь на наш телеграм-канал, это интересно и полезно для всех.

Поверхностное натяжение, задачи

Задача №1. Поверхностное натяжение

Условие

Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия d=2 мм. Оказалось, что n=40 капель имеют массу m=1,9 г. Каким по этим данным получится коэффициент поверхностного натяжения «сигма»?

Решение

На каплю действует сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Эти силы уравновешивают друг друга. Из условия задачи можно найти массу одной капли m0 и длину ее окружности l:

Далее запишем условие равновесия капли:

Отсюда находим коэффициент поверхностного натяжения:

Ответ: 75,63*10^-3 Н/м.

Задача №2. Капиллярные явления

Условие

В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на высоту 11 мм. Оценить плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхностного натяжения равен 22 мН/м.

Решение

Для капилляра существует формула:

Альфа в этой формуле – угол смачивания стенки капилляра жидкостью. Пример его равным 90 градусов.

Ответ: 800 килограмм на кубический метр.

Задача №3. Поверхностное натяжение

Условие

В дне сосуда со ртутью имеется круглое отверстие диаметром 70 мкм. При какой максимальной высоте слоя ртути H она не будет вытекать через отверстие?

Решение

Ртуть не будет вытекать до тех пор, пока сила ее давления не превысит силу поверхностного натяжения:

Значения коэффициента поверхностного натяжения разных жидкостей берутся в справочнике.

Ответ: 0,2 м.

Задача №4. Поверхностное натяжение

Условие

Швейная игла имеет длину 3,5 см и массу 0,3 г. Будет ли игла лежать на поверхности воды, если ее положить аккуратно?

Решение

Найдем силу тяжести, которая действует на иглу и сравним ее с силой поверхностного натяжения.

Ответ: Так как сила тяжести больше, игла утонет.

Задача №5. Поверхностное натяжение

Условие

Тонкое алюминиевое кольцо радиусом 7,8 см соприкасается с мыльным раствором. Каким усилием можно оторвать кольцо от раствора? Температуру раствора считать комнатной. Масса кольца 7 г.

Решение

На кольцо действуют силы поверхностного натяжения, сила тяжести и внешняя сила, стремящаяся оторвать кольцо от поверхности. Найдем силу поверхностного натяжения:

Множитель «2» используется в формуле, так как кольцо взаимодействует с жидкостью двумя своими сторонами.

Теперь запишем условие отрыва кольца:

Значение поверхностного натяжения мыльного раствора при комнатной температуре возьмем из таблицы, подставим числа, и получим:

Ответ: 0,11 Н.

Вопросы на тему «Поверхностное натяжение и свойства жидкостей»

Вопрос 1. Что такое жидкость?

Ответ. Жидкость – физическое тело, которое не может самостоятельно сохранять свою форму. Агрегатное состояние вещества между твердым телом и газом.

Вопрос 2. Какие свойства жидкости вы знаете?

Ответ. Среди основных свойств жидкости можно выделить:

Вопрос 3. Что такое поверхностное натяжение?

Ответ. Поверхностное натяжение – это явление, при котором жидкость стремиться приобрести форму с наименьшей возможной площадью поверхности.

Примеры поверхностного натяжения в природе:

Коэффициент поверхностного натяжения – коэффициент, равный работе, которую необходимо совершить для образования поверхности жидкости площадью S при постоянной температуре.

Вопрос 4. Что такое капиллярные явления?

Ответ. Капиллярные явления – подъем или опускание жидкости в капиллярах (трубках малого диаметра).

Вопрос 5. Что называется смачиванием?

Ответ. Смачивание – это искривление поверхности жидкости вблизи твердого тела. Возникает из-за взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Количественная характеристика этого явления – угол смачивания.

Нужна помощь в решении заданий по учебе? Профессиональный студенческий сервис всегда готов ее оказать! Оформляйте заявку в любое время суток и забудьте о наболевших вопросах.

Источник