Skip to main content
Global

11.8: Ushirikiano na Kuunganishwa katika Vinywaji - Mvutano wa uso na Hatua ya Capillary

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    183992

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Kuelewa vikosi vya kushikamana na wambiso.
    • Eleza mvutano wa uso.
    • Kuelewa hatua ya capillary.

    Watoto hupiga Bubbles sabuni na kucheza katika dawa ya sprinkler siku ya joto ya majira ya joto (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Buibui chini ya maji anaendelea hewa yake katika Bubble shiny yeye hubeba amefungwa karibu naye. Mtaalamu huchota damu ndani ya tube ndogo ya kipenyo tu kwa kugusa kwa tone kwenye kidole kilichopigwa. Mtoto wachanga anajitahidi kupiga mapafu yake. Je, ni thread ya kawaida? Shughuli hizi zote zinaongozwa na vikosi vya kuvutia kati ya atomi na molekuli katika vioevu-vyote ndani ya kiowevu na kati ya kiowevu na mazingira yake.

    Bubbles sabuni ambayo mtoto hupiga ndani ya hewa kudumisha sura yao kwa sababu ya nguvu ya kuvutia kati ya molekuli ya Bubble sabuni.
    Kielelezo:Bubbles za\(\PageIndex{1}\) sabuni katika picha hii husababishwa na vikosi vya ushirikiano kati ya molekuli katika vinywaji. (mikopo: Steve Ford Elliott)

    Vikosi vya kuvutia kati ya molekuli ya aina hiyo huitwa vikosi vya ushirikiano. Vinywaji vinaweza, kwa mfano, kuwekwa katika vyombo wazi kwa sababu vikosi vya ushirikiano vinashikilia molekuli pamoja. Majeshi ya kuvutia kati ya molekuli ya aina tofauti huitwa vikosi vya wambiso. Vikosi hivyo husababisha matone ya kioevu kushikamana na panes za dirisha, kwa mfano. Katika sehemu hii sisi kuchunguza madhara moja kwa moja inatokana na vikosi vya ushirikiano na adhesive katika vinywaji.

    Ufafanuzi: Vikosi vya Kuunganishwa

    Vikosi vya kuvutia kati ya molekuli ya aina hiyo huitwa vikosi vya ushirikiano.

    Ufafanuzi: Vikosi vya

    Majeshi ya kuvutia kati ya molekuli ya aina tofauti huitwa vikosi vya wambiso.

    Mvutano wa uso

    Vikosi vya ushirikiano kati ya molekuli husababisha uso wa kioevu kuwa mkataba kwa eneo ndogo zaidi la uso. Athari hii ya jumla inaitwa mvutano wa uso. Molekuli juu ya uso ni vunjwa ndani na vikosi vya ushirikiano, kupunguza eneo la uso. Molekuli ndani ya uzoefu wa kioevu nguvu zero wavu, kwa kuwa wana majirani pande zote.

    Ufafanuzi: Mvutano uso

    Vikosi vya ushirikiano kati ya molekuli husababisha uso wa kioevu kuwa mkataba kwa eneo ndogo zaidi la uso. Athari hii ya jumla inaitwa mvutano wa uso.

    Mvutano wa uso

    Vikosi kati ya atomi na molekuli husababisha athari macroscopic inayoitwa mvutano wa uso. Majeshi haya ya kuvutia huvuta molekuli karibu na pamoja na huwa na kupunguza eneo la uso. Hii ni mfano mwingine wa maelezo ya submicroscopic kwa jambo la macroscopic.

    Mfano wa uso wa kioevu unaofanya kama karatasi ya elastic iliyotiwa inaweza kuelezea kwa ufanisi madhara ya mvutano wa uso. Kwa mfano, baadhi ya wadudu wanaweza kutembea juu ya maji (kinyume na yaliyo ndani yake) kama tunataka kutembea juu ya trampoline-wao dent uso kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2a}\). Kielelezo\(\PageIndex{2b}\) kinaonyesha mfano mwingine, ambapo sindano inakaa juu ya uso wa maji. Sindano ya chuma haiwezi, wala haina, kuelea, kwa sababu wiani wake ni mkubwa kuliko ule wa maji. Badala yake, uzito wake unasaidiwa na nguvu katika uso uliowekwa ambao hujaribu kufanya uso kuwa mdogo au flatter. Kama sindano walikuwa kuwekwa kumweka chini juu ya uso, uzito wake kaimu katika eneo ndogo bila kuvunja uso, na ingekuwa kuzama.

    Mguu wa wadudu unaopumzika juu ya uso wa maji unaonyeshwa kwenye takwimu ya kwanza. Katika takwimu ya pili sindano ya chuma inakaa juu ya uso wa maji bila kuzama. Wote wawili huwezekana kutokana na mvutano juu ya uso wa kioevu.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mvutano wa uso unaounga mkono uzito wa wadudu na sindano ya chuma, ambayo yote hupumzika juu ya uso bila kuipenya. Hazizunguka; badala yake, wanasaidiwa na uso wa kioevu. (a) Mguu wa wadudu hupunguza uso wa maji. \(F_{ST}\)ni nguvu ya kurejesha (mvutano wa uso) sambamba na uso. (b) Sindano ya chuma inafanana na uso wa maji mpaka nguvu ya kurejesha (mvutano wa uso) inakua sawa na uzito wake.

    Mvutano wa uso ni sawa na nguvu ya nguvu ya ushirikiano, ambayo inatofautiana na aina ya kioevu. Mvutano wa uso\(\overline{\gamma}\) hufafanuliwa kuwa nguvu F kwa urefu wa kitengo\(L\) uliofanywa na utando wa kioevu uliotengwa:

    \[\gamma = \dfrac{F}{L}.\]

    Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaorodhesha maadili ya\(\overline{\gamma}\) kwa baadhi ya vinywaji.

    Jedwali\(\PageIndex{1}\)
    Kioevu Mvutano wa uso γ (N/m)
    Maji katika\(0^oC\) 0.0756
    Maji katika\(20^oC\) 0.0728
    Maji katika\(100^OC\) 0.0589
    Maji ya sabuni (kawaida) 0.0370
    Pombe ya ethyl 0.0223
    Glycer 0.0631
    Mercury 0.465
    Mafuta 0.032
    Maji ya tishu (kawaida) 0.050
    Damu, nzima\(37^oC\) 0.058
    Plasma ya damu\(37^oC\) 0.073
    Dhahabu\(1070^oC\) 1.000
    Oksijeni\(-193^oC\) 0.0157
    Heliamu katika\(-269^oC\) 0.00012

    Kwa wadudu wa Kielelezo Kielelezo\(\PageIndex{1a}\), uzito wake\(w\) unasaidiwa na vipengele vya juu vya nguvu ya mvutano wa uso:\(w = \gamma L \sin \theta\), wapi\(L\) mzunguko wa mguu wa wadudu unawasiliana na maji. Kielelezo\(\PageIndex{3}\) kinaonyesha njia moja ya kupima mvutano wa uso. Filamu ya kioevu ina nguvu kwenye waya inayohamishika katika jaribio la kupunguza eneo lake la uso. Ukubwa wa nguvu hii inategemea mvutano wa uso wa kioevu na unaweza kupimwa kwa usahihi.

    Sliding waya kifaa ambayo hutumiwa kupima uso mvutano inaonyesha nguvu exerted juu ya nyuso mbili za kioevu. Nguvu hii inabakia mara kwa mara hadi hatua ya kuvunja filamu.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Sliding kifaa waya kutumika kwa ajili ya kupima mvutano uso; kifaa ina nguvu ya kupunguza eneo la uso wa filamu. Nguvu inahitajika kushikilia waya mahali ni\(F = \gamma L = \gamma (2l)\), kwa kuwa kuna nyuso mbili za kioevu zilizounganishwa na waya. Nguvu hii inabakia karibu mara kwa mara kama filamu imetambulishwa, mpaka filamu inakaribia hatua yake ya kuvunja.

    Mvutano wa uso ni sababu kwa nini vinywaji huunda Bubbles na matone. Nguvu ya mvutano wa uso wa ndani husababisha Bubbles kuwa takriban spherical na huwafufua shinikizo la gesi iliyofungwa ndani ya jamaa na shinikizo la anga nje. Inaweza kuonyeshwa kuwa shinikizo la kupima\(P \) ndani ya Bubble ya spherical hutolewa na

    \[P = \dfrac{4\gamma}{r},\]

    \(r\)wapi eneo la Bubble. Hivyo shinikizo ndani ya Bubble ni kubwa wakati Bubble ni ndogo zaidi. Mwingine kidogo ya ushahidi kwa ajili ya hii ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Wakati hewa inaruhusiwa kutiririka kati ya balloons mbili za ukubwa usio sawa, puto ndogo huelekea kuanguka, kujaza puto kubwa.

    Wakati balloons mbili zimeunganishwa na mwisho wa tube ya kioo, hewa inapita kutoka kwa moja hadi nyingine ikiwa ukubwa wao ni tofauti.
    Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Kwa valve imefungwa, balloons mbili za ukubwa tofauti zinaunganishwa na kila mwisho wa tube. Baada ya kufungua valve, puto ndogo hupungua kwa ukubwa na hewa ikihamia kujaza puto kubwa. Shinikizo katika puto ya spherical ni inversely sawia na radius yake, ili puto ndogo ina shinikizo kubwa ndani ya puto kubwa, na kusababisha mtiririko huu.

    Mfano\(\PageIndex{1}\): Surface Tension: Pressure Inside a Bubble

    Tumia shinikizo la kupima ndani ya Bubble ya sabuni\(2.00 \times 10^{-4} m\) katika radius kwa kutumia mvutano wa uso kwa maji ya sabuni katika Jedwali. Badilisha shinikizo hili kwa mm Hg.

    Mkakati

    Radius hutolewa na mvutano wa uso unaweza kupatikana katika Jedwali, na hivyo\(P\) inaweza kupatikana moja kwa moja kutoka kwa usawa\(P = \frac{4\gamma}{r}\).

    Suluhisho

    Kubadilisha\(r\) na\(\gamma\) katika equation hii\(P = \frac{4\gamma}{r}\), tunapata

    \[P = \dfrac{4\gamma}{r} = \dfrac{4(0.037 \, N/m)}{2.00 \times 10^{-4}m} = 740 \, N/m^2 = 740 \, Pa.\]

    Tunatumia sababu ya uongofu ili kupata hii katika vitengo vya mm Hg:

    \[P = (740 \, N/m^2)\dfrac{1.00 \, mm \, Hg}{133 \, N/m^2} = 5.56 \, mm \, Hg.\]

    Majadiliano

    Kumbuka kwamba kama shimo lingetengenezwa katika Bubble, hewa ingelazimishwa nje, Bubble ingepungua katika radius, na shinikizo la kupima lingepungua hadi sifuri, na shinikizo kabisa ndani lingepungua hadi shinikizo la anga (760 mm Hg).

    Mapafu yetu yana mamia ya mamilioni ya mifuko ya kamasi inayoitwa alveoli, ambayo ni sawa na ukubwa, na karibu 0.1 mm kwa kipenyo. (Angalia Kielelezo.) Unaweza kufuta bila hatua ya misuli kwa kuruhusu mvutano wa uso ili mkataba wa sac hizi. Wagonjwa wa matibabu ambao kupumua kwao kunasaidiwa na kupumua kwa shinikizo la shinikizo hupigwa hewa ndani ya mapafu, lakini kwa ujumla huruhusiwa kujitolea peke yao. Hata kama kuna kupooza, mvutano wa uso katika alveoli utafukuza hewa kutoka kwenye mapafu. Kwa kuwa shinikizo linaongezeka kama radii ya alveoli inapungua, pumzi ya utakaso wa mara kwa mara inahitajika ili kuimarisha alveoli kikamilifu. Respirators ni mipango ya kufanya hivyo na tunaona asili, kama vile mbwa zetu na paka, kuchukua pumzi ya utakaso kabla ya kukaa katika nap.

    Alveoli mwishoni mwa zilizopo za mapafu huwezesha kutolea nje na hairuhusu kuvuta pumzi kutokana na mvutano wa uso wa kitambaa cha mucous.
    Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Vipande vya bronchial katika tawi la mapafu ndani ya miundo milele ndogo, hatimaye kuishia katika alveoli. Alveoli hufanya kama Bubbles vidogo. Mvutano wa uso wa misaada yao ya kitambaa cha mucous katika kuvuja hewa na inaweza kuzuia kuvuta pumzi ikiwa ni kubwa sana.

    Mvutano katika kuta za alveoli hutokana na tishu za membrane na kioevu kwenye kuta za alveoli zenye lipoprotein ndefu ambayo hufanya kazi kama surfactant (dutu ya kupunguza mvutano wa uso). Mahitaji ya matokeo ya surfactant kutokana na tabia ya alveoli ndogo kuanguka na hewa kujaza alveoli kubwa kuwafanya hata kubwa (kama ilivyoonyeshwa kwenye Kielelezo). Wakati wa kuvuta pumzi, molekuli za lipoprotein hutolewa mbali na mvutano wa ukuta huongezeka kama radius inavyoongezeka (kuongezeka kwa mvutano wa uso). Wakati wa kutolea nje, molekuli hurudi pamoja na mvutano wa uso hupungua, kusaidia kuzuia kuanguka kwa alveoli. Kwa hiyo surfactant hutumikia kubadilisha mvutano wa ukuta ili alveoli ndogo isianguke na alveoli kubwa huzuiwa kupanuka mno. Mabadiliko haya ya mvutano ni mali ya pekee ya wasaidizi hawa, na haishiriki na sabuni (ambazo hupunguza mvutano wa uso). (Angalia Kielelezo.)

    Grafu ya mvutano wa uso kama kazi ya eneo la uso kwa sabuni na maji ya maji.
    Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Mvutano wa uso kama kazi ya eneo la uso. Mvutano wa uso kwa surfactant ya mapafu hupungua kwa eneo la kupungua. Hii inahakikisha kwamba alveoli ndogo hazianguka na alveoli kubwa haziwezi kupanuka.

    Ikiwa maji huingia kwenye mapafu, mvutano wa uso ni mkubwa mno na huwezi kuingiza. Hili ni tatizo kubwa katika kuwafufua waathirika wa kuzama. Tatizo kama hilo hutokea kwa watoto wachanga waliozaliwa bila surfactant huu—mapafu yao ni vigumu sana kumeza. Hali hii inajulikana kama ugonjwa wa utando wa hyaline na ni sababu inayoongoza ya kifo kwa watoto wachanga, hasa katika kuzaliwa mapema. Baadhi ya mafanikio yamepatikana katika kutibu ugonjwa wa membrane ya hyaline kwa kunyunyizia surfactant katika vifungu vya kupumua kwa watoto wachanga. Emphysema hutoa tatizo kinyume na alveoli. Ukuta wa alveolar wa waathirika wa emphysema huharibika, na sacs huchanganya kuunda sacs kubwa. Kwa sababu shinikizo zinazozalishwa na mvutano wa uso hupungua kwa radius inayoongezeka, sac hizi kubwa huzalisha shinikizo ndogo, kupunguza uwezo wa waathirika wa emphysema kutolea nje. Jaribio la kawaida la emphysema ni kupima shinikizo na kiasi cha hewa ambacho kinaweza kutolewa.

    Kufanya Connections: Kuchukua-Nyumbani Uchunguzi

    1. Jaribu yaliyo sindano ya kushona kwenye maji. Ili shughuli hii itumike, sindano inahitaji kuwa safi sana, kama hata mafuta kutoka vidole vyako yanaweza kutosha kuathiri mali ya uso wa sindano.
    2. Weka bristles ya brashi ya rangi ndani ya maji. Piga brashi nje na uangalie kwamba kwa muda mfupi, bristles itashika pamoja. Mvutano wa uso wa maji unaozunguka bristles ni wa kutosha kushikilia bristles pamoja. Kama bristles kavu nje, athari ya mvutano wa uso hupungua.
    3. Weka kitanzi cha thread juu ya uso wa maji bado kwa namna ambayo thread yote inawasiliana na maji. Angalia sura ya kitanzi. Sasa weka tone la sabuni katikati ya kitanzi. Ni nini kinachotokea kwa sura ya kitanzi? Kwa nini?
    4. Kunyunyiza pilipili kwenye uso wa maji. Ongeza tone la sabuni. Nini kinatokea? Kwa nini?
    5. Float mechi mbili sambamba na kila mmoja na kuongeza tone la sabuni kati yao. Nini kinatokea? Kumbuka: Kwa kila jaribio jipya, maji yanahitaji kubadilishwa na bakuli kuosha ili kuifungua kwa sabuni yoyote ya mabaki.

    Kushikamana na Hatua ya Capillary

    Kwa nini maji hupanda juu ya gari iliyopigwa lakini haina rangi isiyo wazi? Jibu ni kwamba majeshi ya wambiso kati ya maji na nta ni ndogo sana kuliko yale kati ya maji na rangi. Ushindani kati ya nguvu za kujitoa na mshikamano ni muhimu katika tabia ya macroscopic ya vinywaji. Sababu muhimu katika kujifunza majukumu ya majeshi haya mawili ni angle\(\theta\) kati ya tangent kwa uso wa kioevu na uso (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Pembe ya kuwasiliana\(\theta\) ni moja kwa moja kuhusiana na nguvu za jamaa za nguvu za kushikamana na za wambiso. Nguvu kubwa ya nguvu ya ushirikiano kuhusiana na nguvu ya wambiso, kubwa\(\theta\) ni, na zaidi kioevu huelekea kuunda droplet. Kidogo\(\theta\) ni, nguvu ndogo ya jamaa, ili nguvu ya wambiso iweze kupiga tone. Jedwali linaorodhesha pembe za mawasiliano kwa mchanganyiko kadhaa wa vinywaji na yabisi.

    Ufafanuzi: Mawasiliano Angle

    Pembe\(\theta\) kati ya tangent kwa uso wa kioevu na uso huitwa angle ya kuwasiliana.

    Maji huonekana kutengeneza shanga juu ya uso uliochongwa wa rangi ya gari na inabakia gorofa juu ya uso bila nta. Shanga ni kutokana na nguvu kubwa ya mvuto kati ya molekuli za maji kuliko kati ya molekuli za maji na uso. Juu ya uso bila nta nguvu ya mvuto kati ya molekuli ya maji na rangi ni kubwa zaidi.
    Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Katika picha, shanga za maji kwenye rangi ya gari iliyopigwa na hupiga rangi isiyo na rangi. (a) Maji aina shanga juu ya uso akapata kwa sababu vikosi vya ushirikiano kuwajibika kwa mvutano uso ni kubwa kuliko vikosi adhesive, ambayo huwa na flatten tone. (b) Shanga za maji kwenye rangi isiyo wazi hupigwa kwa kiasi kikubwa kwa sababu vikosi vya wambiso kati ya maji na rangi ni nguvu, kushinda mvutano wa uso. Pembe ya kuwasiliana\(\theta\) ni moja kwa moja kuhusiana na nguvu za jamaa za nguvu za ushirikiano na za wambiso. Kubwa\(\theta\) ni, uwiano mkubwa wa ushirikiano na vikosi vya wambiso. (mikopo: P. P. Urone)

    Jambo moja muhimu kuhusiana na nguvu ya jamaa ya vikosi vya ushirikiano na adhesive ni hatua kapilari -tabia ya maji ya kuinuliwa au kukandamizwa katika tube nyembamba, au tube kapilari. Hatua hii inasababisha damu kuingizwa kwenye tube ndogo ya kipenyo wakati tube inagusa tone.

    Capillary Action

    Tabia ya maji ya kuinuliwa au kufutwa katika tube nyembamba, au tube ya capillary, inaitwa hatua ya capillary.

    Ikiwa tube ya capillary imewekwa kwa wima ndani ya kioevu, kama inavyoonekana kwenye Mchoro, hatua ya capillary itainua au kuzuia kioevu ndani ya tube kulingana na mchanganyiko wa vitu. Athari halisi inategemea nguvu ya jamaa ya vikosi vya kushikamana na vya wambiso na, kwa hiyo, angle ya kuwasiliana\(\theta\) iliyotolewa katika meza. Ikiwa\(\theta\) ni chini ya hayo\(90^o\), basi maji yatafufuliwa; ikiwa\(\theta\) ni kubwa kuliko\(90^o\), itaondolewa. Mercury, kwa mfano, ina mvutano mkubwa sana wa uso na angle kubwa ya kuwasiliana na kioo. Wakati kuwekwa katika tube, uso wa safu ya zebaki curves chini, kiasi fulani kama tone. Upeo wa maji ya maji katika tube huitwa meniscus. Tabia ya mvutano wa uso daima ni kupunguza eneo la uso. Mvutano wa uso hivyo hupunguza uso wa kioevu kilichopigwa kwenye tube ya capillary. Hii matokeo katika nguvu kushuka katika zebaki na nguvu zaidi katika maji, kama inavyoonekana katika Kielelezo.

    Mercury iliyohifadhiwa katika chombo ambacho tube nyembamba huingizwa, hupunguza kiwango chake ndani ya tube ikilinganishwa na kiwango katika chombo kingine. Katika hali kama hiyo, maji huongezeka katika bomba ili kiwango cha maji katika bomba ni juu ya kiwango cha maji katika chombo kingine. Jambo hili linatokana na angle kubwa ya mawasiliano ya zebaki na kioo na angle ndogo ya kuwasiliana na maji na kioo.
    Kielelezo\(\PageIndex{8}\): (a) Mercury inakabiliwa katika tube ya kioo kwa sababu angle yake ya kuwasiliana ni kubwa kuliko\(90^o\). Mvutano wa uso una nguvu ya chini kama inapunguza zebaki, kuikandamiza kwenye tube. Mstari uliopigwa unaonyesha sura ya uso wa zebaki bila kuwa na athari ya kupuuza ya mvutano wa uso. (b) Maji hufufuliwa katika bomba la kioo kwa sababu angle yake ya kuwasiliana iko karibu\(0^o\). Kwa hiyo mvutano wa uso huwa na nguvu ya juu wakati inapunguza uso ili kupunguza eneo lake.
    Jedwali\(\PageIndex{2}\)
    Muunganisho Mawasiliano angle\(\phi\)
    Mercury-kioo \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(140^o\)
    Maji ya kioo \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(0^o\)
    Maji ya parafini \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(107^o\)
    Maji ya fedha \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(90^o\)
    Vinywaji vya kikaboni (zaidi) -kioo \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(0^o\)
    Ethyl pombe-kioo \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(0^o\)
    Kerosene-kioo \ (\ phi\)” style="Nakala-align:center; ">\(26^o\)

    Hatua ya capillary inaweza kusonga maji kwa usawa juu ya umbali mkubwa sana, lakini urefu ambao unaweza kuongeza au kuzuia kioevu katika tube ni mdogo na uzito wake. Inaweza kuonyeshwa kuwa urefu huu\(h\) unatolewa na

    \[h = \dfrac{2\gamma \cos \theta}{\rho gr}.\]

    Kama sisi kuangalia mambo mbalimbali katika usemi huu, tunaweza kuona jinsi ni mantiki nzuri. Urefu ni sawa sawa na mvutano wa uso\(\gamma\), ambayo ni sababu yake ya moja kwa moja. Zaidi ya hayo, urefu ni inversely sawia na bomba radius-ndogo Radius, juu ya maji yanaweza kukuzwa, tangu tube ndogo ana chini ya molekuli. Urefu pia unafanana na wiani wa maji, kwa kuwa wiani mkubwa unamaanisha molekuli kubwa kwa kiasi sawa. (Angalia Kielelezo.)

    Picha ya kushoto inaonyesha kioevu katika chombo chenye neli nne za kipenyo kidogo kinachoingizwa ndani ya kiowevu. Kioevu kinaongezeka juu katika zilizopo ndogo za kipenyo. Picha sahihi inaonyesha vyombo viwili, moja yenye kioevu kikubwa na nyingine inayoshikilia kioevu kidogo. Vipande vinavyofanana vinaingizwa ndani ya kila kioevu. Kioevu chini-mnene kinaongezeka juu katika tube yake kuliko kioevu kilicho na mnene zaidi katika tube yake.
    Kielelezo\(\PageIndex{9}\): (a) Hatua ya capillary inategemea radius ya tube. Ndogo tube, urefu mkubwa umefikia. Urefu ni mdogo kwa zilizopo kubwa za radius. (b) Maji ya denser katika tube sawa huongezeka hadi urefu mdogo, mambo mengine yote yanafanana.

    Mfano\(\PageIndex{2}\): Calculating Radius of a Capillary Tube: Capillary Action: Tree Sap

    Je, hatua ya capillary inaweza kuwajibika tu kwa kupanda kwa miti? Ili kujibu swali hili, mahesabu ya radius ya tube ya capillary ambayo ingeweza kuongeza sampuli 100 m hadi juu ya redwood kubwa, kwa kuzingatia kwamba wiani wa sampuli ni\(1050 \, kg/m^3\), angle yake ya kuwasiliana ni sifuri, na mvutano wake wa uso ni sawa na ile ya maji\(20.0^oC\).

    Mkakati

    Urefu ambao kioevu kitatokea kama matokeo ya hatua ya capillary hutolewa na\(h = \frac{2\gamma \cos \theta}{\rho gr}\), na kila kiasi kinajulikana isipokuwa kwa\(r\).

    Suluhisho

    Kutatua\(r\) na kubadilisha maadili inayojulikana hutoa

    \[r = \dfrac{2\gamma \cos \theta}{\rho gh} = \dfrac{2(0.0728 \, N/m)cos(0^o)}{(1050 \, kg/m^3)(9.80 \, m/s^2)(100 \, m)}\]

    \[= 1.41 \times 10^{-7} \, m.\]

    Majadiliano

    Matokeo haya ni ya maana. Sap katika miti hatua kwa njia ya xylem, ambayo hutengeneza zilizopo na radii ndogo kama Thamani\(2.5 \times 10^{-7} \, m.\) hii ni juu ya mara 180 kubwa kama radius kupatikana muhimu hapa kuongeza sampuli\(100 m\). Hii inamaanisha kwamba hatua ya kapilari peke yake haiwezi kuwajibika tu kwa sampuli kupata juu ya miti.

    Je, sampuli inapataje juu ya miti mirefu? (Kumbuka kwamba safu ya maji inaweza kupanda hadi urefu wa m 10 tu wakati kuna utupu juu —tazama [kiungo].) Swali halijatatuliwa kabisa, lakini inaonekana kwamba linavutwa kama mnyororo uliofanyika pamoja na vikosi vya ushirikiano. Kama kila molekuli ya sampuli inaingia jani na kuenea (mchakato unaoitwa transpiration), mlolongo mzima hutolewa kwenye muhtasari. Hivyo shinikizo hasi linaloundwa na uvukizi wa maji lazima liwepo ili kuvuta sampuli kupitia vyombo vya xylem. Katika hali nyingi, majimaji yanaweza kushinikiza lakini yanaweza kutumia kuvuta kidogo tu, kwa sababu vikosi vya ushirikiano vinaonekana kuwa vidogo mno kushikilia molekuli kukazwa pamoja. Lakini katika kesi hii, nguvu ya ushirikiano wa molekuli ya maji hutoa kuvuta kwa nguvu sana. Kielelezo kinaonyesha kifaa kimoja cha kusoma shinikizo hasi. Baadhi ya majaribio yameonyesha kuwa shinikizo hasi ya kutosha kuvuta sampuli kwa vichwa vya miti mirefu zaidi inaweza kupatikana.

    Wakati pistoni inafufuliwa kioevu kinaweka kiasi fulani, ambacho husababisha shinikizo hasi.
    Kielelezo\(\PageIndex{10}\): (a) Wakati pistoni inapofufuliwa, inaweka kioevu kidogo, kuiweka chini ya mvutano na kujenga shinikizo hasi kabisa\(P = -F/A\). (b) Kioevu hatimaye hutenganisha, kutoa kikomo cha majaribio kwa shinikizo hasi katika kioevu hiki.

    Muhtasari

    • Vikosi vya kuvutia kati ya molekuli ya aina hiyo huitwa vikosi vya ushirikiano.
    • Majeshi ya kuvutia kati ya molekuli ya aina tofauti huitwa vikosi vya wambiso.
    • Vikosi vya ushirikiano kati ya molekuli husababisha uso wa kioevu kuwa mkataba kwa eneo ndogo zaidi la uso. Athari hii ya jumla inaitwa mvutano wa uso.
    • Hatua ya kapilari ni tabia ya maji ya kuinuliwa au kukandamizwa katika tube nyembamba, au tube ya kapilari ambayo ni kutokana na nguvu ya jamaa ya vikosi vya ushirikiano na wambiso.

    faharasa

    nguvu za wambiso
    nguvu za kuvutia kati ya molekuli ya aina tofauti
    hatua ya capillary
    tabia ya maji ya kuinuliwa au kupunguzwa katika tube nyembamba
    vikosi vya ushirikiano
    nguvu za kuvutia kati ya molekuli ya aina moja
    angle ya kuwasiliana
    angle\(θ\) kati ya tangent kwa uso kioevu na uso
    mvutano wa uso
    vikosi vya ushirikiano kati ya molekuli ambayo husababisha uso wa kioevu kwa mkataba na eneo ndogo zaidi la uso