Površinska napetost, vlaženje, kapilarni fenomeni Molekul tekućine smješten unutar tekućine stupa u interakciju s molekulima koji je okružuju. Ova interakcija je simetrična i njihova rezultanta je nula. Za molekul koji se nalazi blizu površine, simetrija je narušena i nastaje sila, nekompenzirana drugim molekulima, usmjerena u tekućinu. U ovom slučaju, potencijalna energija za molekule smještene na površini proporcionalna je njegovoj površini. Površinski napon σ (koeficijent) je omjer promjene slobodne površinske energije tekućine po jedinici promjene površine površinskog sloja: σ = ΔE/Δω, J/m2 ili sile površinskog napona po jedinici dužine na slobodna površina: Uslov za stabilnu ravnotežu tečnosti je minimalna slobodna energija tečnosti. U nedostatku vanjskih sila i datog volumena, tekućina teži da poprimi minimalnu površinu - sferni oblik. Na granici kontakta tri faze: tečne, gasne, čvrste, uočava se pojava koja se zove vlaženje, a koja podrazumeva pojavu zakrivljenosti slobodne površine tečnosti i pojavu meniskusa. Mjera vlaženja je vrijednost cos Θ, gdje je Θ kontaktni ugao između navlažene površine čvrstog tijela i meniskusa u tačkama njihovog preseka - perimetar vlaženja, tečnost ima konkavni meniskus i vlaži čvrsto telo - hidrofilne površine. Pri Θ > π/2, tečni meniskus je konveksan – hidrofobne površine. Kod Θ → 0, meniskus je tangentan na površinu tijela, što je uvjet idealnog vlaženja. Sl.1.4. Primjer hidrofobnih i hidrofilnih površina Slika 1.5 prikazuje relativni položaj koeficijenata površinskog napona σ na granicama faza: čvrsta površina – tekućina – plin. Slika 1.5 Tečnost (2) na interfejsu: 1 – čvrsto telo, 3 – gasoviti medij. Relativni položaj koeficijenata površinskog napona. Količina dodatnog pritiska usled zakrivljenosti površinskog sloja pri prosečnoj zakrivljenosti površine (Laplasov zakon - zavisnost hidrostatskog pada pritiska Δp na granici dve faze: tečnost - tečnost, tečnost - gas ili para od površinski napon σ i prosječna zakrivljenost površine u dotičnoj tački): (1.26) gdje je 2σ dvostruki koeficijent površinske napetosti (za mjehuriće plina u tekućinama, mjehuriće sapuna), 1/R1 i 1/R2 su zakrivljenost dva međusobno okomita, normalna presjeka površine u datoj tački (više o pojmovima: zakrivljenost površine i polumjer zakrivljenosti cm. Dodatak B); Δr = r1-r2, gdje je r1 pritisak na konkavnoj strani površine, r2 je pritisak na konveksnoj strani površine. Primena Laplasovog zakona na interfejs voda-para u kapilari: Δr = r1 - p2; R1 i R2 - polumjeri zakrivljenosti u tački O konkavne površine (R1 = OA i R2 = OB) određeni su u dva međusobno okomita presjeka ACD i BEF (slika 1.6). Slika 1.6 Određivanje radijusa zakrivljenosti površine meniskusa vode u kapilari Veličina viška pritiska za sferne meniskuse: Δr =2σ/R (1.27) Za cilindrične meniskuse: Δr =σ/R (1.28) Kapilarnost je svojstvo tekućine da mijenja položaj svoje površine uzrokovano napetošću i silom interakcije između nje i zidova uskih cilindričnih cijevi (1-2 mm u promjeru) ili malih pora tla. Kapilarnost zavisi od temperature i opada kako raste (slika 1.7). Slika 1.7 Voda koja se diže u kapilari Ako se ravni zidovi posude spoje tako da se zone zakrivljenosti počnu preklapati, formira se konkavni meniskus - potpuno zakrivljena površina. U tečnosti ispod meniskusa, kapilarni pritisak je pod njegovim dejstvom, tečnost se usisava u otvor sve dok težina stuba tečnosti (visina h) ne uravnoteži trenutni kapilarni pritisak Δp. U stanju ravnoteže: (ρ1 -ρ2) gh = Δp = 2σ12/r, (1.29) gdje su ρ1 i ρ2 gustine tečnosti 1 i gasa 2. Ovaj izraz je poznat kao formula D. Jurina (J. Jurin, 1684-1750), određuje visinu kapilarnog podizanja tekućine h, koja potpuno vlaži zidove kapilare. Tečnost koja ne vlaži površinu formira konveksni meniskus, zbog čega se u kapilari spušta ispod nivoa slobodne površine d, jednaka je (Jurinova formula): (1.30) Voda Od svih tekućina, površinski napon σ = 0,0726 N/m ima najveću vrijednost. Za vodu na temperaturi od 20 0C u cijevi prečnika d mm, visina kapilarnog uspona izražava se formulom: h = 30/d, mm.

Osnova kapilarne kontrole je fenomen kapilarnosti, koji se najlakše uočava u sljedećem eksperimentu. Kapilare - tanke cijevi - spuštaju se u široku posudu s tekućinom. Čim se kraj kapilare navlaži tečnošću, tečnost u kapilari raste mnogo više od nivoa u sudu. Visina kapilarnog uspona h izračunava se po formuli:

gdje je R radijus kapilare, ρ je gustina tekućine, g je ubrzanje gravitacije. Kao što se može vidjeti iz formule, što je vlaženje veće, to je veći porast kapilara. Radijus kapilare je obrnuto proporcionalan h, tj. što je manji radijus, veći je porast kapilara.

Uticaj radijusa kapilare na visinu podizanja tečnosti:
a) tečnost koja vlaže kapilaru; b) tečnost koja ne kvasi

Slijedi: što je kapilarna pukotina tanja, to će tečnost za detekciju grešaka dublje prodrijeti u nju. Tokom tehnološke operacije razvoja veoma je važno da bude što manje programera. Tada će se indikatorska tečnost efikasnije ukloniti kapilarnim silama razvijača sa defekta i formirati trag na površini sloja razvijača, tj. kvar će biti otkriven.

Za bilo koju tekućinu moguće je izračunati polumjer cijevi na kojem se ne pojavljuje fenomen kapilarnosti kada je porast tekućine zanemarljiv. Za vodu se, na primjer, izdizanje u staklenim cijevima prečnika oko 3,6 mm više ne opaža golim okom, tj. Kapilare se konvencionalno mogu smatrati cijevima promjera manjeg od 3,0 mm i, shodno tome, defekti (pukotine, pore, itd.) s otvorom manjim od 3 mm također se mogu smatrati kapilarnim.

Kao što je uočeno u praksi i vidljivo na slikama, kada tečnost dođe u kontakt sa čvrstom ravnom površinom ili zidovima kapilare, interfejs „tečnost – čvrsti zid – gas“ je uvek zakrivljen. U kapilarnim cijevima tekućina (tačnije, granica između plina i tekućine) se savija sa zakrivljenošću polumjera r, formirajući površinu koja se naziva meniskus. Kod kapilare, u slučaju vlaženja, meniskus je konkavan, u slučaju nekvašenja je konveksan.

U ovim primjerima, sile vlaženja se mogu smatrati silama koje se primjenjuju na liniju kontakta između tekućine i krute tvari (kapilara). Mogu se smatrati i silom zatezanja na površini meniskusa koju formira tečnost u kapilari. Ova površina je rastegnuti film u obliku kupole koji ima tendenciju skupljanja. Ovo uvodi koncept kapilarnog pritiska, jednak omjeru sile koja djeluje na meniskus i površine poprečnog presjeka cijevi: (Laplaceova formula).

Kapilarni pritisak u prorezu sa ravnim paralelnim zidovima koji se nalaze na udaljenosti H jedan od drugog izračunava se pomoću slične formule.

Ekstrakcija tečnosti kapilarom manjeg radijusa iz kapilare većeg radijusa (R 1 > R 2). Model tehnološkog rada razvoja

Formule Laplaceovog zakona (Pierre-Simon Laplace, 1806) određuju ovisnost kapilarnog tlaka Pk od prosječne zakrivljenosti granice između susjednih faza (na primjer, vode i zraka u kapilari) i površinske napetosti σ.

- ovo je razlika tlaka na obje strane zakrivljene međufazne granice (tečnost - para ili dvije tekućine) koja se nalazi u kapilari, uzrokovana površinskom (međufaznom) napetošću. Kapilarni pritisak, kao i visina podizanja, raste sa povećanjem vlaženja i smanjenjem kapilarnog radijusa. U cevima manjeg prečnika tečnost se diže na veću visinu nego u cevima većeg prečnika, jer u ovom slučaju je kapilarni pritisak veći.

Ako se tečnost u jednoj kapilari dovede u kontakt sa drugom kapilarom manjeg radijusa, tada će se tečnost iz prve kapilare izvući i teći u drugu do visine koja odgovara poluprečniku druge kapilare. Može se dogoditi da na dnu posude uopće ne ostane tekućine;

Slični procesi se javljaju kada se razvija s poroznim razvijačem. Penetrant se ekstrahuje iz kapilarnog defekta pomoću pora razvijača kapilarnog praha (njihova veličina je proporcionalna udaljenosti između čestica praha). Što su pore razvijača pudera manje, proces ide brže. Istovremeno se javljaju i drugi fenomeni (difuzija, adsorpcija itd.).

U zaključku još jednom treba naglasiti da je vlaženje neophodan uslov za ispoljavanje kapilarnosti, a samim tim i neophodan uslov za sprovođenje kapilarnog ispitivanja bez razaranja. U ovom članku se razmatraju razlozi za punjenje kapilara tekućim ovlaživačem, a posebno kapilarni pritisak Pc. Kinetika kapilarnog punjenja i zakonitosti migracije tekućine za detekciju grešaka u kapilarnim diskontinuitetima razmatraju se u odgovarajućem odjeljku.

Poglavlje 3. Tečnosti.

Struktura tečnosti. Površinski napon.

Po svojim fizičkim svojstvima, tečnosti zauzimaju međupoložaj između gasova i čvrstih materija. Odlikuje ih velika pokretljivost čestica i mali razmak između njih. Tečnosti, poput čvrstih materija, sposobne su da održavaju svoj volumen i imaju slobodnu površinu. Istovremeno, tečnosti, poput gasova, poprimaju oblik posude u koju se sipaju, tj. imaju fluidnost.

Ako čvrste materije imaju strogu unutrašnju strukturu, tada je struktura tečnosti rahlija, tj. Između molekula tečnosti postoji slobodan prostor ili takozvane „rupe“. Prema teoriji rupa ( Frenkelove teorije), svaki molekul tečnosti oscilira oko određenog ravnotežnog položaja tokom određenog vremenskog perioda. U nekom trenutku, on skače u neki novi ravnotežni položaj, odvojen od prethodnog na udaljenosti koja je usporediva s veličinom molekula. Na njegovom mjestu pojavljuje se slobodan prostor - rupa. Odnosno, molekul se polako kreće unutar tečnosti, ostajući dio vremena u ravnotežnom položaju, u takozvanom "sjedećem" stanju.

Svaki molekul koji se nalazi unutar zapremine tečnosti ravnomerno je okružen susednim molekulima i stupa u interakciju sa njima, ali je rezultanta ovih sila nula (slika 3.1, a).

Zbog nehomogenosti okoline, molekula koja se nalazi blizu granice između dva medija (koji leže na površini tekućine) podliježe sili koja nije kompenzirana drugim molekulima tekućine () i usmjerena je u tekućinu okomito na njenu površine (sl. 3.1, b).

Dakle, površinski sloj tečnosti stvara molekularni pritisak na njega, pod čijim uticajem molekuli tečnosti teže da se pomeraju iz površinskog sloja u dubinu tečnosti. Odnosno, površinski sloj tečnosti je poput elastičnog rastegnutog filma koji prekriva čitavu tečnost i teži da je skupi u jednu „veliku kap“. Ova pojava, karakteristična samo za tečnosti, zove se površinski napon. Zbog površinske napetosti, tekućina teži smanjenju površine svog površinskog sloja (slobodne površine), zbog čega njena površina postaje minimalna pod datim uvjetima. Ovo objašnjava sferni oblik malih kapi rose. Površina tekućine u širokim posudama na tlu ima ravan oblik zbog djelovanja gravitacije.

Da bi se povećala (rastegla) površina tečnosti, mora se obaviti rad. Kada se površina skuplja, same molekularne sile rade A. Dakle, kada se površina tečnosti rasteže, potencijalna energija W površina se povećava, a sa kontrakcijom se smanjuje. Taj dio potencijalne energije koji se može pretvoriti u rad prilikom izotermne kontrakcije površine naziva se slobodna energija površine tekućine. To se može pokazati

(3.1)

gdje je promjena površine i koeficijent površinskog napona.

Iz (3.1) slijedi da

Odnosno, koeficijent površinske napetosti može se definirati kao slobodna energija površine tekućine po jedinici površine ove površine. U ovom slučaju se izražava u džulima po kvadratnom metru ().

Koeficijent površinskog napona se takođe može definisati kao sila koja deluje po jedinici dužine konture površine tečnosti i koja teži da ovu površinu svede na minimum za datu zapreminu faza, tj.

U SI sistemu se onda meri u njutnima po metru ( N/m).

Koeficijent površinskog napona zavisi od temperature i vrste tečnosti, kao i od prirode i stanja medijuma sa kojim data površina tečnosti dolazi u kontakt. Nečistoće imaju veliki uticaj na vrednost. Za čistu vodu na sobnoj temperaturi vrijednost , otapanje sapuna u njemu smanjuje vrijednost na , a otapanje kuhinjske soli, naprotiv, dovodi do povećanja.

Tvari koje se adsorbiraju na površini tekućine i smanjuju površinsku napetost nazivaju se površno aktivan.

Koeficijent površinskog napona određuje se različitim metodama (metoda odvajanja kapi, metoda kompenzacije razlike tlaka, itd.). Aparat koji se koristi za određivanje bioloških tečnosti (likvora, žuči itd.) naziva se stalagmometar.

Uloga površinskih pojava u živoj prirodi je raznolika. Površinski film vode je potpora za kretanje mnogih organizama. Dakle, vodeni gazači počivaju na vodi samo krajnjim segmentima svojih široko razmaknutih nogu; Stopalo, prekriveno voštanim premazom, nije navlaženo vodom, površinski sloj vode se savija pod pritiskom stopala, stvarajući malu udubinu. Obalni pauci nekih vrsta kreću se na sličan način, ali njihove noge nisu smještene paralelno s površinom vode, kao kod vodoskoka, već pod pravim uglom u odnosu na nju. Tajna sposobnosti insekta da pluta na vodi leži u njegovoj prilično visokoj površinskoj napetosti (površinska energija).

Svašta povećati površine tečnosti, na primjer, kada sipate vodu u tanjir, kada prskate vodu u vodopad i kada je izbacujete iz vatrogasnog crijeva, prati povećati površinska energija i hlađenje tečnosti.

Naprotiv, sve smanjiti površine, na primjer, kada se kapljice tekućine spoje u jednu veliku kap, praćeno smanjuje se površinska energija i grijanje tečnosti.

Vlaženje. Laplaceova formula. Kapilarni fenomeni i njihova uloga u prirodi.

Na granici između tečnosti i čvrste supstance primećuju se neki molekularni fenomeni.

Ako su sile prianjanja između molekula tekućine veće nego između molekula tekućine i čvrste tvari, tada tekućina teži smanjivanju granice (površine) svog kontakta s krutom tvari, povlačeći se od nje ako je moguće. ovo implicira nekvašenječvrsta tjelesna tečnost.

Ugao koji formiraju površina tijela i tangenta na površinu

tečnost koja se broji unutar tečnosti naziva se ivični ugao. Za tečnost koja ne vlaže (slika 3.2). Kada - potpuno nekvašenje.

Ako su sile prianjanja između molekula tekućine manje nego između molekula tekućine i čvrste tvari, tada tekućina teži povećanju granice kontakta s krutom tvari. ovo implicira vlaženječvrsta tjelesna tečnost.

U ovom slučaju (slika 3.3). Kada se primeti potpuno vlaženje.

Pokvasnost i nekvasljivost su relativni koncepti: tecnost koja kvasi jedno cvrsto tijelo ne mora nakvasiti drugo tijelo. Na primjer, voda vlaži staklo, ali ne vlaži parafin, živa ne vlaži staklo, već vlaži bakar i cink.

Listovi i stabljike biljaka nisu navlaženi vodom, zahvaljujući tankom voštanom premazu koji ih prekriva - zanoktica. Zbog toga se lišće drveća, plastovi sijena, slame itd. ne smoče na kiši.

Slobodna površina tečnosti izlivene u posudu, ako navlaži čvrsto telo, biće konkavna(Sl. 3.4) i konveksan(Sl. 3.5) – u slučaju nekvašenje.

Ova zakrivljena površina se zove meniskusa(od grčke riječi “meniskos” - polumjesec).

Rice. 3.4 Sl. 3.5

Ispod zakrivljene površine meniskusa, sila površinskog napona, koja teži da stegne ovu površinu, stvara dodatni pritisak na pritisak koji deluje spolja na tečnost. Ovaj pritisak se zove Laplaceov pritisak , zavisi od i zakrivljenosti površine i određena je Laplaceova formula , koji u općem slučaju proizvoljne površine dvostruke zakrivljenosti ima oblik:

(3.3)

gdje je koeficijent površinskog napona;

– radijusi zakrivljenosti dva međusobno okomita normalna presjeka površine u datoj tački (slika 3.6)

Za sfernu površinu (sl. 3.4; 3.5) i

Kada stan površine, dakle, tj. Sile površinske napetosti za ravnu površinu usmjerene su duž površine i ne stvaraju dodatni pritisak: pritisak unutar tekućine jednak je vanjskom pritisku.

Kada konkavna površina će biti negativna, tj. pritisak unutar tečnosti ispod konkavne površine manji je od spoljašnjeg pritiska za iznos (jednak je: ) (Sl. 3.7)

Uloga kapilarnih fenomena u biologiji je ogromna, budući da je većina biljnih i životinjskih tkiva prožeta ogromnim brojem kapilara. Stabla drveća i grane biljaka probijene su ogromnim brojem kapilarnih cijevi, kroz koje se hranjive tvari dižu do samih vrhova listova. Korijenski sistem biljaka završava najtanjim nitima - kapilarama. A samo tlo, koje je izvor hrane za korijen, može se predstaviti kao skup kapilarnih cijevi kroz koje, ovisno o njegovoj strukturi i obradi, brže ili sporije, voda sa tvarima otopljenim u njoj izlazi na površinu.

Što je manji prečnik, veća je visina podizanja tečnosti u kapilari. Da bi se održala vlaga u tlu, potrebno je iskopati tlo kako bi se zatvorile kapilare; Za dreniranje tla, mora se zbiti.

Kretanje kapilarne vode u zemljištu nastaje pod uticajem negativnog pritiska pod konkavnim meniskusima vode i usisne sile koja nastaje usled vlaženja zidova pora i kapilara. Budući da se usisna sila konkavnih meniskusa povećava sa povećanjem njihove zakrivljenosti, kretanje kapilarne vode je uvijek usmjereno prema meniskusima manjih pora i kapilara, odnosno prema područjima niže vlažnosti.
Volumen kapilarno provodne vode, a samim tim i brzina kretanja kapilara, proporcionalna je četvrtom stepenu radijusa kapilara i obrnuto proporcionalna viskoznosti tekućine, kao što slijedi iz Poiselleove formule:

Gornja Poiselle formula primjenjiva je samo na obične cilindrične cijevi. Međutim, dizajn cijevi, čak i kapilarnog promjera, je malo primjenjiv na tla i tla koja imaju izuzetno složene dimenzije i tip strukture pora, varijacije u veličini čestica i njihovoj konzistenciji. Međutim, opći zaključci iz ove formule vrlo su važni za nauku o tlu. Sa smanjenjem radijusa kapilara pora značajno se smanjuju volumen i brzina kapilarnog kretanja vode u tlu. Što je veća disperzija tla i tla, odnosno što su oni manje strukturni i što su veći sadržaj gline i koloida, veća je potencijalna visina podizanja kapilarne vode, a manja je njena brzina podizanja. Sa smanjenjem stepena disperzije, odnosno povećanjem peskovitosti tla i tla, visina kapilarnog uspona se smanjuje, ali se povećava brzina kapilarnog kretanja vode i zapremina transportovane vlage (tabela 9 i sl. 6).

Zanimljivo je izuzetno sporo, gotovo potpuno odsustvo kretanja kapilarne vode za čestice prečnika od<0,002 мм (табл. 10). Вследствие этого нередки случаи, когда в непосредственном соседстве залегают совершенно сухие и влажные горизонты тяжелых глин, несмотря на их высокую потенциальную способность к капиллярному передвижению воды. Скорость движения капиллярной воды в глинах настолько мала, что нужны годы для достижения потенциальной высоты капиллярного поднятия.
Ako je u geohemiji čak i mala brzina kapilarnog kretanja otopina u glinama od velike važnosti za migraciju soli, onda u praksi melioracije teške gline moramo smatrati kapilarno neaktivnim. U praktične svrhe vodoprivrede ili izgradnje puteva, kada je potrebno uzeti u obzir opasnost od zalijevanja, zaslanjivanja tla ili smanjenja nosivosti tla zbog kapilarnog zalijevanja puteva, potrebno je koristiti empirijske podatke koji karakterišu stvarno uočeno i relativno brzo kretanje kapilarne vode, što može izazvati ove pojave.

Ispod su vrijednosti vodopodizanja tla u zavisnosti od njihovog mehaničkog sastava.

V.R. Williams je naglasio da visina kapilarnog kretanja vode u velikoj mjeri ovisi i o strukturi tla i tla. Strukturne i mikroagregatne komponente ponašaju se slično velikim elementarnim mehaničkim česticama, značajno smanjujući visinu i brzinu podizanja kapilara.
Kao što se vidi iz podataka u tabeli. 11, u besstrukturnoj muljevistoj ilovači, kapilarna voda porasla je na visinu od 120 cm za 1 mjesec 10 dana.

U isto vrijeme, u strukturnoj ilovači, kapilarna voda se podigla do visine od samo 37,5 cm, međutim, treba imati na umu da formiranje strukture i mikroagregacije u teškim glinenim tlima, naprotiv, može povećati brzinu kapilara. kretanje rješenja.
Mobilnost kapilarne vode u zemljištu u velikoj mjeri ovisi o vlažnosti tla. Što je tlo suvo, to je voda u njemu relativno manje pokretna. Naprotiv, što je tlo vlažnije, to je kapilarna voda u njemu pokretljivija i lakše se prenosi u susjedne sušnije horizonte.
Priroda kretanja kapilarne vode zavisi i od odnosa kapilarne vode sa podzemnim vodama.
Kretanje kapilarne vode je usko povezan sa fluktuacijama nivoa podzemnih voda. Brzina uzlaznog kretanja kapilarne vode zavisi od dubine podzemne vode. Kada je nivo podzemne vode veoma blizu površine, kapilarna voda u tlu se pomera silama meniskusa kako finih pora i kapilara tako i velikih pora i kapilara. Brzina kapilarnog kretanja vode sa rastvorima soli značajno se povećava kako se približavaju površini. Smanjenje nivoa podzemne vode zatvara meniskuse velikih kapilara i pora koje mogu brzo transportovati kapilarnu vodu. Shodno tome, čak i malo, 10-30 cm, snižavanje nivoa podzemne vode izuzetno značajno smanjuje zapreminu i brzinu kapilarnog kretanja vode, jer se nakon toga kapilarna voda transportuje samo usisnom silom meniskusa najtanjih kapilara i pora. . Potonji su sposobni pomicati kapilarnu vodu samo polako i u malim količinama.
Kretanje kapilarne suspendirane vode u tlima nastaje pod uticajem gravitacije i resorpcione sposobnosti konkavnih meniskusa tankih kapilara i pora. Kapilarno suspendirana voda se postepeno otapa bočno i uglavnom u smjeru dolje od velikih komora, pora i kapilara do tankih. Složena mreža konkavnih meniskusa na gornjim i donjim krajevima kapilara tla drži suspendiranu vodu u stupcu tla. Budući da menisci manjih pora i kapilara imaju veću usisnu silu, kapilarno suspendirana voda se polako apsorbira u svim smjerovima. Međutim, glavni smjer širenja kapilarno suspendirane vode bit će naniže.
Ako dovod vode (atmosferske, za navodnjavanje, itd.) sa površine premašuje nosivu silu svih meniskusa tla, tada se višak slobodne gravitacijske vode ispušta prema dolje. Isparavanje vode s površine ili njeno trošenje korijenjem biljaka praćeno je kretanjem dijela kapilarno suspendirane vode iz velikih pora i kapilara u tanje, uz postupno opće isušivanje tla.
Budući da je usisna sila konkavnih meniskusa tankih pora i kapilara veća od one velikih, tokom isparavanja kapilarno suspendirane vode, vlaga se postepeno usisava iz velikih komora, pora i kapilara i pomiče na površinske horizonte tlo.
Prema istraživanju A.A. Rohde i njegove kolege u laboratoriji i na terenu, u nedostatku vegetacijskog pokrivača, otprilike 2/3 zapremine kapilarno suspendirane vode koja ulazi u tlo vraća se na površinu tla tokom isparavanja. Budući da se kapilarno suspendirana voda može vratiti u obradivi sloj sa dubine od 70-100-150 cm, njeno uzlazno kretanje tokom isparavanja može uzrokovati preraspodjelu lako topljivih soli koje se nalaze u podzemnim horizontima. Ovakve pojave su uočene tokom navodnjavanja tla u pustinjama Sahare i Centralne Azije.
Opasnost od zaslanjivanja navodnjavanog tla kapilarno suspendiranom vodom, zbog preplavljivanja tla i širenja kapilarno suspendovane vode u dubinu sononosnih horizonata tokom navodnjavanja, sistematski je isticana u radovima V. R. Williamsa i L. P. Rozova. Zaslanjivanje obradivih horizonata navodnjavanog zemljišta u ovim slučajevima može se u potpunosti izbjeći ako se ova opasnost uzme u obzir pri utvrđivanju normi navodnjavanja. Otpuštanje tla i održavanje njihovog strukturnog stanja značajno oslabljuju brzinu kretanja kapilarno suspendirane vode tokom isparavanja na površinu. Nedostatak sjene, besstruktura i prskanje tla, naprotiv, doprinose povećanju kretanja kapilarno suspendirane vode na površinu.
Metode utjecaja na kretanje kapilarne vode. U poljoprivrednoj praksi javljaju se različiti problemi u regulisanju režima kapilarne vode u zemljištu. U cilju suzbijanja gubitka vode iz tla isparavanjem, kao i sprječavanja zaslanjivanja navodnjavanog tla, potrebno je sustavno primjenjivati ​​niz mjera usmjerenih na smanjenje uzlaznog kretanja tla-podzemnih voda kroz kapilare na površinu.
Agrotehničke metode za smanjenje visine i brzine kapilarnog kretanja vode do površine tla tokom navodnjavanja su mjere koje je predložio V.R. Williams za poboljšanje strukture tla (višegodišnje trave u pravilnom plodoredu, racionalna obrada tla). U istom smjeru djeluju i malčiranje tla, polimerni pripravci koji formiraju strukturu i hidrofobne tvari unesene u tlo.
Svako moguće smanjenje nivoa slane podzemne vode i sprečavanje njenog porasta na kritičnu dubinu (smanjenje filtracije vode u mreži za navodnjavanje, stroga vodna disciplina) je ujedno i najvažniji način da se smanji brzina i količina vode koja kapilarno kreće do površine tla. . U nekim slučajevima, u praksi navodnjavanja, naprotiv, preporučljivo je održavati protok kapilarne vode u horizont obradivog tla i uzeti u obzir ovu dodatnu prihranu biljaka pri izradi režima navodnjavanja. Ovo je neophodno u slučajevima kada podzemne vode blizu površine (1-2,5 m) nisu slane, ali su relativno nisko mineralizovane (1-3 g/l). Protok kapilarne vode u površinske horizonte tla omogućava značajno smanjenje broja navodnjavanja tokom vegetacije, au nekim slučajevima i potpuno odustajanje od njih (nenavodnjavana poljoprivreda na terasama Syrdarya i Amu Darya sa svježim podzemne vode, uzgoj u Horezmu sa desaliniziranom podzemnom vodom).
Potreba za održavanjem dovoljno brzog snabdijevanja kapilarne vode površinskim horizontima tla također treba uzeti u obzir prilikom rekultivacije drenaže kako bi se spriječilo isušivanje prethodno natopljenog tla. Rekultivacija drenaže treba biti usmjerena na uklanjanje samo viška vode. Drenažne kanale i drenaže ne treba polagati duboko u podzemne vode. Ovo je neophodno za održavanje sistematskog brzog protoka svježe kapilarne vode zemnog porijekla u površinski korijenski sloj tla, zbog čega se na dreniranim zemljištima održava podzemno navodnjavanje. Holandija, Belgija, Švedska i Finska široko koriste ovu tehniku. U Holandiji su uspostavljeni standardi odvodnje uzimajući u obzir ovu pojavu (slika 7).

Naprotiv, prilikom radikalne rekultivacije i razvoja solončaka postavlja se zadatak odvajanja obradivih horizonata tla od kapilarnog ruba i smanjenja nivoa slane podzemne vode na takvu dubinu sa koje mineralizirani rastvori kapilarne vode ne mogu brzo doći do korijena. naseljenih slojeva tla. U tim slučajevima potrebno je postaviti drenažne kanale na način da podzemne vode budu nešto ispod (20-30 cm) kritičnog nivoa.
Konačno, u nekim slučajevima moguće su mjere usmjerene na jačanje i povećanje kapilarnog kretanja vode u tlu. Stoga se nakon sjetve preporučuje kotrljanje površine polja posebnim valjcima kako bi se poboljšao kontakt sjemena sa zemljom, kako bi se sjemenke snabdjele kapilarnom vodom koja je neophodna za njihovo bubrenje i snažno klijanje. Nakon valjanja, polje se mora drljati kako bi se smanjilo isparavanje vlage sa površine.
Temeljno navodnjavanje brazdama i podzemno navodnjavanje plastičnim cijevima također se zasnivaju na želji da se kapilarna voda dopre do korijena biljaka uz minimalno stvaranje gravitacijske vode.

Razmotrimo neke molekularne fenomene koji se otkrivaju na granici između tekućine i čvrste tvari. Ako su sile prianjanja između molekula tekućine veće nego između molekula tekućine i čvrste tvari, tada tekućina teži smanjivanju granice (površine) svog kontakta s krutom tvari, povlačeći se od nje ako je moguće. Kap takve tečnosti na horizontalnoj površini čvrstog tela poprimiće oblik spljoštene lopte (slika 116, a).

U ovom slučaju, tečnost se naziva čvrsta materija koja ne vlaže. Ugao 9 koji čine površina čvrstog tijela i tangenta na površinu tekućine naziva se rubni ugao. Za tečnost koja ne kvasi Kućište se naziva potpuno nekvašenje. Ako su sile prianjanja između molekula tekućine manje nego između molekula tekućine i čvrste tvari, tada tekućina teži povećanju granice kontakta s krutom tvari. Kap takve tečnosti poprimiće oblik prikazan na sl. 116, b. U ovom slučaju, tečnost se naziva vlaženje čvrste materije; kontaktni ugao At, uočava se potpuno vlaženje: tečnost se širi po celoj površini čvrste materije.

Očigledno je da su kvašenje i nekvačivost relativni koncepti: tekućina koja vlaži jedno čvrsto tijelo ne može navlažiti drugo tijelo. Na primjer, voda vlaži staklo, ali ne vlaži parafin; živa ne vlaži staklo, ali vlaži bakar.

Metoda flotacionog obogaćivanja rude, separacije, koja se široko koristi u tehnici, zasniva se na kvašenju i nekvašenju.

ruda iz otpadnih stijena. Prirodna mješavina rude i stijena se melje u prah i miješa u takvoj tekućini koja ne vlaži rudu, već vlaži otpadnu stijenu. Istovremeno, kroz tečnost se duva vazduh. Zatim se tečnost ostavi da se slegne. U ovom slučaju, čestice stijene navlažene tekućinom tonu na dno. Situacija je drugačija sa česticama rude: tečnost, smanjujući granicu kontakta sa površinom nekvašljive čestice rude, „pritišće” mjehuriće zraka na ovu česticu. Kao rezultat toga, čestice rude, "prekrivene" mjehurićima zraka, plutaju, kao na plovcima, na površinu tekućine.

Također napominjemo da se listovi i stabljike biljaka ne navlaže vodom zbog tankog voštanog premaza koji ih prekriva - kutikule. Zbog toga se lišće drveća, plastovi sijena, slame itd. ne smoče na kiši.

Vlaženje objašnjava takozvane fenomene sorpcije, apsorpciju molekula tekućine ili plina površinom (adsorpcija) ili cjelokupnim volumenom (apsorpcija) čvrstog ili tekućeg tijela. Primjetna apsorpcija se obično javlja samo pri visokim temperaturama i pritiscima, dok se intenzivna adsorpcija javlja iu normalnim atmosferskim uvjetima. Kao što je već napomenuto, tekućina za vlaženje širi se u tankom, gotovo monomolekularnom sloju po površini čvrste tvari. Na isti način, adsorpcijom okolnog gasa, čvrsta supstanca postaje prekrivena monomolekularnim filmom gasa; drugi sloj molekula plina se više ne zadržava na ovom filmu zbog malih sila prianjanja između molekula plina.

Upijajući kapacitet tijela raste sa povećanjem površine. Stoga se porozna tijela, na primjer, aktivni ugljen koji se koristi u gas maskama (ugljik pročišćen kalcinacijom od smolastih tvari i zdrobljen u prah), posebno dobro adsorbiraju.

Zahvaljujući adsorpciji, zemljište zadržava u sebi nastale gasove koji su neophodni biljkama - amonijak, sumporovodik itd. Uklanjanje mirisa stajnjaka u dvorištima dodavanjem suvog tresetnog praha takođe se zasniva na adsorpciji.

Zanimljivo je napomenuti da u uslovima bestežinskog stanja, efekat kvašenja dovodi do toga da se voda u zatvorenoj staklenoj posudi raspoređuje preko svih njenih zidova, a vazduh se koncentriše u srednjem delu posude. Opisana činjenica je prvi put eksperimentalno utvrđena u avgustu 1962. godine tokom grupnog leta A. G. Nikolajeva i P. R. Popovića na letjelicama Vsstok-3 i Vostok-4.

Prema onome što je rečeno na početku pasusa, površina tečnosti koja se sipa u posudu treba da se savija u blizini njenih zidova: da se podigne u slučaju vlažne tečnosti (Sl. 117, a) i opadne u slučaju ne -tečnost za vlaženje (Sl. 117, b). U uskoj posudi, rubne zakrivljenosti pokrivaju cijelu površinu tekućine, čineći je potpuno zakrivljenom: konkavno za tekućinu koja vlaži (slika 118, a), konveksna za tekućinu koja ne vlaži (slika 118, b). Ova zakrivljena površina naziva se meniskus. Uske žile cijevi, prorezi itd. nazivaju se kapilare.

Zbog velike zakrivljenosti meniskusa ispod njega se stvara značajan višak pritiska koji dovodi do podizanja (u slučaju

vlaženje) ili snižavanje (u slučaju nekvašenja) tečnosti u kapilari. U stvari, neka kraj cilindrične kapilare poluprečnika bude uronjen u tečnost za vlaženje (slika 119). Površina tečnosti u kapilari poprimiće konkavni sferni oblik. Unutrašnji pritisak tečnosti u kapilari biće manji nego izvan kapilare za količinu viška pritiska ispod sferne površine:

gdje je radijus zakrivljenosti meniskusa, a koeficijent površinskog napona tečnosti.

Stoga se tečnost u kapilari podiže do visine na kojoj pritisak koji vrši postaje jednak višku:

gdje je gustina fluida, ubrzanje gravitacije. Pošto su ugao između poluprečnika (vidi sliku 119) i kontaktnog ugla pri jednaki jedan drugom (kao uglovi sa međusobno okomitim stranicama), onda

Zamjenom ove vrijednosti u formulu visine dobijamo

Dakle, visina uspona tečnosti za vlaženje u kapilari obrnuto je proporcionalna njenom poluprečniku. Očigledno je da je formula (29) primjenjiva i na slučaj spuštanja nekvašeće tekućine u kapilaru.

Relacija (29) se zove Borelli-Jurin formula (dobio ju je 1670. godine italijanski naučnik Borelli i nezavisno engleski naučnik Jurin 1718. godine). Količina uključena u desnu stranu Jurinove formule naziva se kapilarna konstanta; to je važna fizička i hemijska karakteristika tečnosti.

U vrlo tankim kapilarama, porast tečnosti može dostići velike visine. Na primjer, u kapilari promjera vode, podložna potpunom vlaženju, ona će se podići na visinu

Kapilarni fenomeni igraju važnu ulogu u prirodi i tehnologiji. Ako je, kao što smo ranije vidjeli, opskrba nutrijentima korijenskom sistemu biljke regulirana procesom difuzije, tada je porast hranljive otopine duž stabljike ili debla biljke najvećim dijelom posljedica fenomena kapilarnosti: otopina se diže kroz tanke kapilarne cijevi koje formiraju zidovi biljnih stanica. Voda se diže kroz kapilare tla iz dubokih u površinske slojeve tla. Smanjenjem promjera zemljišnih kapilara zbijanjem tla, moguće je povećati protok vode do površine tla, odnosno u zonu isparavanja, a time i ubrzati sušenje tla. Naprotiv, otpuštanjem površine tla i time stvaranjem isprekidanosti u kapilarnom sistemu tla, moguće je odgoditi protok vode u zonu isparavanja i usporiti sušenje tla. Na tome se zasnivaju poznate agrotehničke metode za regulisanje vodnog režima zemljišta - valjanje i drljanje. Podzemne vode se dižu kroz kapilare zida zgrade (u nedostatku hidroizolacije); zapaljive i mazive tvari (mazivo za fitilj) dižu se kroz kapilare fitilja; Upotreba upijajućeg papira itd. zasniva se na kapilarnosti.