Защо бутилката се свива, когато човек - изсмуче - течност, дори и водата да дойде до ръба
И така, имаме пластмасова (това е важно) бутилка, пълна до ръба с вода. Навън имаме атмосферно налягане. Докато системата е в равновесие, нищо не се случва.
Започвате да изсмуквате вода. Обемът й в бутилката намалява, но тъй като въздухът не влиза в бутилката, на мястото на изпитата вода не идва "нищо". Налягането на "нищото" е по-малко от атмосферното и бутилката моментално се компресира до обема на водата, останала в нея. По принцип по този начин можете да източите бутилката почти напълно, ако всмукателната ви мощност е достатъчна, за да създадете разлика в налягането, достатъчна да деформира пластмасата.
Ако бутилката е стъклена, тогава атмосферното налягане вече не е достатъчно, за да промени формата си. Така че пиенето по такъв "вакуумен начин" няма да работи дълго време - ще бъдете много силно засмукани отвътре.
В космоса - където няма атмосфера и следователно няма налягане - дори пластмасова бутилка няма да се свие с този "начин на пиене". Между другото, този метод няма да се различава от обичайния, тъй като имате вакуум в бутилката, какво е отвън. няма значение
UPD: инженерът Артем Клим забеляза, че ако газът е напълно отстранен от водата в космоса, тогава привличането между водните молекули и бутилката (както и водните молекули помежду си) може да компресира бутилката дори при липса на атмосферно налягане. Това уникално свойство на течностите им позволява да създават отрицателно налягане – явление, което прави възможно съществуването на дървета на Земята.
Но дори и в космоса, ако газовете се отстранят внимателно от водата, бутилката без мехурчета ще се свие поради взаимодействието на водните молекули със стените (и една с друга). Ако има поне 1 мъничко балонче, вече няма да се свива, но без тяхсе свива. Именно поради това привличане в течностите (за разлика от газовете) може да се създаде отрицателно налягане, което много дървета използват.
Артем, не съм сигурен, че те разбрах. Взаимодействието на водата със стените е силата на повърхностното напрежение. Дърветата наистина го използват (не много - всички) и това явление се нарича капилярен феномен. Ключовата дума е капилярна. Но бутилката в никакъв случай не е капилярка. Моля, пояснете.
не, капилярката няма нищо общо. Капилярът не може да създаде налягане от минус 15 атмосфери, за да изтегли вода на височина от петдесет метра, няма да е достатъчно, има друг механизъм. Това, за което говоря, се отнася до концепцията за "разтегната течност" - метастабилно състояние, станало възможно благодарение на силите на Ван дер Ваалс. без никакво повърхностно напрежение (нямаме въздух и няма „отворена“ повърхност на водата - има само контакт със стената), молекулите на течността, привлечени една към друга (и към стените на съда), няма да позволят да се образува празнина дори при налягане от минус 23 MPa (около 230 атмосфери, получено при експеримент с вода), ако, разбира се, течността е добре почистена. По същата причина, в експеримента на Торичели, ако тръбата се повдигне внимателно, тогава празнини отгоре (от страната на запечатания край) не се образуват известно време.
Що се отнася до дърветата, диаметърът на капилярите в тях е от 20 до 200 микрометра. Ако си спомняте формулата, по която можете да изчислите силата на повърхностното напрежение и съответно височината, до която ще вдигне водата в капиляра (такива задачи дори се решаваха в училище), се оказва, че метър-два за едно дърво е таван. Ако можеха да създадат "абсолютен" вакуум, щяха да вдигнат водата с още 10 м. Но има дървета, високи над 100 метра.
Артем, благодаря, това е интересно. Нека да го разберем. Така,Споменах капилярни явления при дърветата, в смисъл, че водата се издига нагоре. Значи говорим за намокряне на капилярния материал с вода, нали?
Какво е намокряне? Това е явление, при което привличането между молекулите на течността и молекулите на материала е по-голямо от привличането на молекулите на течността една към друга (току-що писахте за това).
Какво е сила на повърхностно напрежение? Това е сила, която възниква на повърхността на две фази (включително между течност и твърдо тяло), поради факта, че силите на междумолекулно взаимодействие в течност не се компенсират на границата. Просто казано, в обема на течността молекулата се привлича от всички молекули наоколо (от всички страни), а на границата само от тези, които са от същата страна. Поради това върху повърхността на течността действа голяма сила и течността се стреми да се събере на топка. Както можете да видите, ако имате течност, където и да е и при каквито и условия да я държите, виевинагище имате сили на повърхностно напрежение. Просто защото има повърхност – дори в космоса, дори в бутилка.
Така че омокрянето сега може да се дефинира по следния начин: това е явление, при което силата на взаимодействие на материал и течност е по-голяма от силата на повърхностното напрежение на дадена течност. Идеята е ясна, нали? Тъй като взаимодействието на течността и материала се случва само на границата, можем да изчислим общата сила на взаимодействие на течните молекули в обема - това е повърхностното напрежение. Съгласен ли си?
Обща сума. Във феномена на намокряне силите на повърхностното напрежение играят една от двете ключови роли (втората е взаимодействието на течни молекули с материала). Омокрянето също играе ключова роля в капилярните явления. Това означава, че повърхностното напрежение е много важно за капилярните явления.
Защо е всичко. Освен това мисля, че това "разширяване на течността" не е нищо повече от капилярен феномен (в смисъла, в който го описах). Тоест, това е въпрос за съотношението на силата на повърхностното напрежение, силата на взаимодействие между повърхността на течността и повърхността на съда и гравитацията. Ако няма гравитация, тогава е по-правилно да говорим за овлажняваща сила, а не за капиляри - съгласен съм.
За да избегна несъответствия, бих искал да започна с една класификация. Намокрянето обикновено е взаимодействието на течност с повърхността на твърдо тяло или друга течност (без смесване).
Намокрянето се разделя на 2 вида. Контакт - когато има 3 фази (например капка вода, твърда повърхност / стена и въздух), тоест не цялата повърхност на твърдо тяло е в контакт с водата. И потапяне, това е когато цялата повърхност на тялото е в контакт с вода, само 2 фази, без въздух. Например, напълно потопено тяло или нашият пример с бутилка, вътре в която няма газов мехур (цялата вътрешна повърхност е в контакт). И така, има разлики в поведението на течност и взаимодействие с твърдо тяло само в случай на контактно намокряне, само в този случай се казва "намокряне" или "не намокряне" (но дори и в случай на "не намокряне" има взаимодействие и то е със същия знак - привлича се), ъгълът на намокряне също ще се различава в двата случая. На мен лично не ми допада объркването в българската терминология: винаги се мокри, когато взаимодейства, защото самото взаимодействие се нарича омокряне, дори когато "не се мокри" - тоест взаимодейства по-слабо, отколкото взаимодействат молекулите на течността помежду си.
Капилярните явления обикновено се разбират като явлението промяна на нивото на течността в тънки тръби - капиляри. Това е частен случай на контактно намокряне и е многодобре описано и проучено. Естествено в дървото има тънки тръбички и водата намокря повърхността им и затова е налице това явление. Но само с помощта на това явление водата в капилярите на едно дърво може да се издигне не по-високо от метър, силата е 2. Следователно е погрешно да се смята, че те издигат вода, използвайки само капилярния ефект. Чрез капилярен ефект те ще повишат водата с метър, но други механизми вече ще влязат в действие върху останалите.
За сметка на разтягане на течността - първо, тя не се нуждае от капиляр - можете да използвате контейнер с поне сферична форма. Следователно, въпреки че в това явление присъстват едни и същи сили - силите на взаимодействие между течните молекули и силите на взаимодействие с твърда повърхност, това са различни ефекти, които се проявяват при различни условия. Капилярните ефекти възникват по време на контактно намокряне и се проявяват под формата на промяна във височината на колоната в капиляра, когато, като разтягане на течността, това е способността на течностите да "имат" отрицателно налягане, докато не трябва да има газообразна фаза, т.е. намокрянето изобщо не е контакт.
И второ: от факта, че привличането на молекулите на живака към стъклото е по-малко от привличането на молекулите на живак към живака, не следва, че молекулите на живак се отблъскват от стъклото. В случай на контактно намокряне, това значително ще промени поведението на системата и ще промени ъгъла на намокряне. Но ако имаме живакът заема целия обем на тръбата, без "мехурчета" и кухини, тогава фактът, че живакът не намокря стъклото, не отменя факта, че живакът все още е привлечен от него, дори ако тази сила е по-малка от привличането на живачните молекули една към друга, но е различна от нула и дори повече от теглото на този стълб живак и вакуумната междина с чист гладък f устна може да не е веднага. Следователно, разтягането на течността е възможно, ако привличането на течността къмстените на резервоара са по-големи от нула. (не непременно повече привличане на течни молекули една към друга. Зависи само от това „къде ще се счупи“ с увеличаване на експозицията)
И пак не разбрах какво искаш да кажеш с изречението
"Ако няма гравитация, тогава е по-правилно да говорим за силата на омокряне, а не за капилярите - съгласен съм."
Според мен, ако няма гравитация, но има тънка тръба и 3 фази, също ще има капилярен ефект, както ще бъдат силите на привличане между повърхността и течността (както вода със стъкло, така и живак със стъкло) и привличането на молекулите на течността помежду си, ако няма тръба, тогава независимо дали има гравитация или не, цялото привличане на молекулите ще остане, но ефектите ще имат други имена.