Капиллярный эффект

Модель предназначена для изучения капиллярных явлений. Программа позволяет изменять ряд параметров эксперимента (диаметр капилляра, плотность жидкости, коэффициент поверхностного натяжения и краевой угол), на информационный экран выводятся результаты опыта.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.

На рис. 1 изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности ρ, коэффициент поверхностного натяжения σ. Верхний конец капилляра открыт. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра:
Fт = Fн, где Fт = mg = ρhπr2gFн = σ ∙ 2πr cos θ, 
где θ – краевой угол, характерный для данной пары жидкость – твердое тело.

Отсюда следует:

Рис. 1. 

При полном смачивании краевой угол θ = 0, cos θ = 1. В этом случае:

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла. Наоборот, ртуть полностью не смачивает стеклянную поверхность. Поэтому уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже уровня в сосуде.

Компьютерная программа позволяет изменять диаметр капилляра, плотность жидкости, величину краевого угла и коэффициент поверхностного натяжения. Выводится значение подъема или опускания жидкости.