Капилярност: Разлика между версии

'''Капилярност''' (също '''капилярен ефект''', '''капилярно действие''' или '''капилярно движение''') е способността на [[течност]] да тече в тесни пространства, без помощта или дори опозицията на външни сили като [[гравитация]]. Ефектът може да се наблюдава при задържането на течност между космите на четка за рисуване, в тънка тръбичка, в пористи материали като хартия и в някои непористи материали като пясък и втчененвтечнен [[полимер, подсилен с въглеродни влакна]] или в клетките. Възниква вследствие [[междумолекулно взаимодействие]] между течността и заобикалящите я твърди повърхности. Ако диаметърът на тръбичката е достатъчно малък, тогава комбинацията от [[повърхностно напрежение]] и силите на [[адхезия]] между течността и стените на съда ще изтласква течността.<ref>{{cite web|url=https://web.archive.org/web/20130527124752/http://science.jrank.org/pages/1182/Capillary-Action.html|title=Capillary Action – Liquid, Water, Force, and Surface – JRank Articles|publisher=Science.jrank.org|date=|accessdate=18 юни 2013}}</ref>

Първото записано наблюдение на капилярност е направено от [[Леонардо да Винчи]].<ref>Guillaume Libri, ''Histoire des sciences mathématiques en Italie, depuis la Renaissance des lettres jusqu'a la fin du dix-septième siecle'' [History of the mathematical sciences in Italy, from the Renaissance until the end of the seventeenth century] (Paris, France: Jules Renouard et cie., 1840), vol. 3, [https://books.google.com/books?id=PE8IAAAAIAAJ&vq=Vinci&pg=PA54#v=onepage&q&f=false с. 54]</ref> Бивш ученик на [[Галилео Галилей]], Николо Аджунти, също вероятно е инзследвализследвал капилярния ефект. През 1660 г. капилярният ефект все още е новост за за ирландския химик [[Робърт Бойл]], когато той докладва, че „някои любознателни французи“ са наблюдавали как когато капилярна тръбичка се потопи във вода, водата би се изкачила до определена височина в тръбичката. След това Бойл доклада за опит, при който той потапя капилярна тръбичка в червено вино и след това подлага тръбичката на частичен вакуум. Той открива, че вакуумът няма видимо влияние върху височината на течността в капилярната тръбичка, така че поведението на течностите в тях се дължи на различен феномен от този, който се наблюдава у живачните барометри.<ref>Robert Boyle, ''New Experiments Physico-Mechanical touching the Spring of the Air'', ... (Oxford, England: H. Hall, 1660), pp. 265 – 270. Available on-line at: [http://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView?start=291&resultStart=11&viewLayer=search&url=/permanent/archimedes_repository/large/boyle_exper_013_en_1660/index.meta&pn=297&queryType=fulltextMorph Echo (Max Planck Institute for the History of Science; Berlin, Germany)]</ref>

Други учени скоро последват Бойл. Някои смятат, че течносистетечностите се покачват в капилярите, тъй като въздухът не може да влезе в тях толкова лесно като течностите, така че въздушната налягане в капилярите се понижава. Други мислят, че частиците течност се привличат една друга и към стените на капиляра. Въпреки че експерименталните изследвания продължават през 17 век, успешното окачествяване на капилярното действие е направено през 1805 г. от [[Томас Йънг]] и [[Пиер-Симон Лаплас]].<ref>Thomas Young (January 1, 1805) [https://books.google.com/books?id=C5JJAAAAYAAJ&pg=PA65#v=onepage&q&f=false "An essay on the cohesion of fluids"], ''Philosophical Transactions of the Royal Society of London'', '''95''' : 65 – 87.</ref><ref>Pierre Simon marquis de Laplace, ''Traité de Mécanique Céleste'', volume 4, (Paris, France: Courcier, 1805), ''Supplément au dixième livre du Traité de Mécanique Céleste'', [https://books.google.com/books?id=_A8OAAAAQAAJ&pg=RA1-PA1#v=onepage&q&f=false с. 1 – 79]</ref> Те намират т.нар. [[закон на Лаплас]] на капилярността. Към 1830 г. [[Карл Фридрих Гаус]] определя граничните условия, управляващи капилярното движение (тоест, условията на границата между течно и твърдо агрегатно състояние).<ref>Carl Friedrich Gauss, ''Principia generalia Theoriae Figurae Fluidorum in statu Aequilibrii'' [General principles of the theory of fluid shapes in a state of equilibrium] (Göttingen, (Germany): Dieterichs, 1830).</ref> През 1871 г. [[Уилям Томсън]] определя ефекта на [[мениск (физика)|мениска]] при [[Парно налягане|парното налягане]] на течност.<ref>William Thomson (1871) [https://books.google.com/books?id=ZeYXAAAAYAAJ&pg=PA448#v=onepage&q&f=false "On the equilibrium of vapour at a curved surface of liquid"], ''Philosophical Magazine'', series 4, '''42''' (282) : 448 – 452.</ref> [[Франц Ернст Нойман]] след това определя взаимодействието между две несмесими течности.<ref>Franz Neumann with A. Wangerin, ed., [http://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.b4498901;page=root;view=image;size=100;seq=7;num=iii ''Vorlesungen über die Theorie der Capillarität''] [Lectures on the theory of capillarity] (Leipzig, Germany: B. G. Teubner, 1894).</ref>

Капилярното проникване в пориста среда споделя динамичния си механизъм с потока в кухи тръби, тъй като и двата процеса срещат съпротива от вискозните сили.<ref name="cappen">{{ cite journal| last1= Liu| first1=M. |last2= et al. |title= Tuning capillary penetration in porous media: Combining geometrical and evaporation effects. | journal= International Journal of Heat and Mass Transfer | year=2018 | volume=123 | pages= 239 – 250|url= http://drgan.org/wp-content/uploads/2018/03/051_IJHMT_2018.pdf | doi= 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.101}}</ref> Често срещан апарат за демонстриране на феномена е капилярната тръбичка. Когато долният край на вертикалната стъклена тръбичка се постави в течност, като например вода, се образува вдлъбнат мениск. Адхезия настъпва между флуида и вътрешната твърда стена, което издърпва течната колона нагоре, докато се постигне достатъчна маса течност, за да може гравитационната сила да преодолее тези междумолекулни взаимодействия. Дължината на контакт (около ръба) между върха на колоната и тръбичката е пропорционална на радиуса на тръбичката, докато теглото на течната колона е пропорционална на квадрата на радиуса на тръбичката. Така, тясна тръбичка би изтеглила колона с течност по-нависоко, откотоотколкото би изтеглила по-широка тръбичка.

Капилярността се наблюдава у много растения. Водата се придвиждапридвижва нагоре по дърветата чрез разклонения. Изпарението при листата създава снижаване на налягането, вероятно с помощта на [[осмотично налягане]] в корените и други части в растението.<ref>[http://npand.wordpress.com/2008/08/05/tree-physics-1/ Tree physics] at „Neat, Plausible And“ scientific discussion website.</ref><ref>[http://www.wonderquest.com/Redwood.htm Water in Redwood and other trees, mostly by evaporation] article at wonderquest website.</ref>

Следователно, за стъклена тръба с радиус от 2 m при стандартни лабораторни условия, водата ще се наддигненадигне с незабележимите 0,007 mm. Обаче, за тръбичка с радиус 2 cm, водата ще се покачи с 0,7 mm, а за тръбичка с радиус 0,2 mm, водата ще скочи със 70 mm.

Когато суха пореста среда се въведе в контакстконтакт с течност, тя ще абсорбира течността със скорост, която намалява с времето. Когато се вземе предвид и изпарението, течностното проникване би достигнало граница, в зависимост от параметрите на температурата, влажността и проницаемостта. Процесът на капилярното действие, ограничено от изпарението, е широко наблюдаван в ежедневни ситуации, включително абсорбирането на течност от хартия и издигаща се влага по бетонен и зидани стени.<ref>{{ cite journal| last1= Liu| first1=M. |last2= et al. |title= Tuning capillary penetration in porous media: Combining geometrical and evaporation effects. | journal= International Journal of Heat and Mass Transfer | year=2018 | volume=123 | pages= 239 – 250|url= http://drgan.org/wp-content/uploads/2018/03/051_IJHMT_2018.pdf | doi= 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.101}}</ref> За пръчковиден отрязък от материал с площ на напречното сечение ''A'', който е намокрен от едната страна, кумулативен обем ''V'' от абсорбирана течност след време ''t'':