Kapilární jevy Mgr. Kamil Kučera

ANOTACE Kód EVM: K_INOVACE_1.FY.33 Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.28/01.0050 Vytvořeno: březen 2014 Ročník: 2. ročník – čtyřleté gymnázium, 6. ročník – osmileté gymnázium (RVP-G), Anotace: Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Fyzika Tematický okruh Struktura a vlastnosti kapalin Materiál slouží k zopakování kapilárních jevů. Vysvětluje základní pojmy z této oblasti (povrchová vrstva, povrchové napětí, smáčivost kapaliny, elevace, deprese, …) a připomíná využití kapilárních jevů v praxi. Učivo je ověřeno závěrečnými otázkami. Materiál se využije v průběhu hodiny. Pomůcky: interaktivní tabule.

Povrchová vrstva kapaliny vrstva molekul kapaliny, jejichž vzdálenost od volného povrchu je menší než poloměr sféry molekulového působení ( ). sféra molekulového působení – myšlená koule kolem molekuly, jejíž poloměr odpovídá vzdálenosti, od které můžeme považovat síly vzájemného působení za zanedbatelné V povrchové vrstvě se projevují povrchové síly , které způsobují, že se povrch kapaliny chová jako pružná blána. Tyto síly působí rovnoběžně s povrchem kapaliny a jsou kolmé na okraj povrchové vrstvy. [3] [1] [2]

Povrchová energie rozdíl potenciální energie molekul kapaliny v povrchové vrstvě a potenciální energie týchž molekul uvnitř kapaliny je úměrná velikosti povrchu kapaliny S jedna ze složek vnitřní energie kapaliny Povrchové síly způsobují, že kapalina daného objemu nabývá takového tvaru, aby obsah jejího povrchu byl co nejmenší, a tím byla i minimální povrchová energie =» kapalina má tvar koule (v beztížném stavu). [6] [4] [5]

Povrchové napětí skalární veličina určená změnou povrchové energie kapaliny při změně jejího povrchu vyjadřuje pružnou vlastnost povrchové vrstvy závisí na druhu kapaliny a na prostředí nad povrchem kapaliny mění se s teplotou (s rostoucí teplotou klesá) přidáním saponátu nebo prášku do vody se sníží povrchové napětí vody (prádlo se lépe pere) [7]

Kapilární tlak tlak pod zakřiveným povrchem kapaliny o poloměru R, způsobený pružností povrchové vrstvy kapaliny vzniká vlivem povrchového napětí pod zakřiveným povrchem kapaliny tenká kulová bublina se 2 povrchy (mydlinová bublina) [9] R [8]

Kapalina smáčející stěny nádoby kapalina se roztéká po daném povrchu zakřivení povrchové vrstvy u stěn nádoby směrem vzhůru (povrch kapaliny u stěny nádoby dutý) stykový úhel (krajní úhel) (ovlivněn různou velikostí povrchového napětí na rozhraní jednotlivých látek, závisí na čistotě povrchu) např. voda + sklo líh + sklo [10]

Kapalina nesmáčející stěny nádoby kapalina vytváří na povrchu polokouli až kuličku zakřivení povrchové vrstvy u stěn nádoby směrem dolů (povrch kapaliny u stěny nádoby vypuklý) stykový úhel (krajní úhel) např. voda + alobal rtuť + sklo [12] [11]

Kapilární elevace vzestup kapaliny v kapiláře projevuje se u smáčejících kapalin povrch kapaliny je vydutý směrem k okolí kapalina vystoupí do výšky h nad volný povrch kapaliny, aby se vyrovnaly tlaky (kapilární a hydrostatický) h σ – povrchové napětí ρ – hustota kapaliny g – tíhové zrychlení R – poloměr kapiláry [13]

Kapilární deprese pokles hladiny kapaliny v kapiláře projevuje se u nesmáčejících kapalin povrch kapaliny je vypuklý ven z kapaliny kapalina klesne do hloubky h pod volný povrch kapaliny, aby se vyrovnaly tlaky (kapilární a hydrostatický) h σ – povrchové napětí ρ – hustota kapaliny g – tíhové zrychlení R – poloměr kapiláry [14]

Kapilární jevy v praxi význam při výživě rostlin schopnost látek vlhnout vzlínavost vody v půdě vzlínavost lihu v knotu kahanu vzlínavost vody v cihlách, betonu – izolace staveb

Trocha opakování Položíme-li kousek křídy na mokrou houbu, křída zvlhne. Položíme-li suchou houbu na vlhkou křídu, zůstane houba suchá. Vysvětlete. Proč je možné dělat bábovičky jen z vlhkého písku? Proč se po osetí půda válcuje? Proč praskne mýdlová bublina? Proč se obtížně svléká mokré oblečení? Je možné nalít do sklenice více kapaliny, než činí jeho vnitřní objem?

Zdroje a použitá literatura [1] GAYDA, Markus. wikipedia [online]. [cit.19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wasserl%C3%A4ufer_bei_der_Paarung_crop.jpg [2] MCLASSUS, Roger. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006-01-15_coin_on_water.jpg [3] KÜBELBECK, Kuebi Armin. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_Tension_01.jpg [4] CHRIS 73. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_drop_animation.gif [5] SUÁREZ, José Manuel. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_drop_001.jpg [6] SZTUKOWSKI, Irina. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Watercolor_Leaves_With_The_Dew_Drops_Wet_on_Wet_and_Wet_on_Dry_Technique.jpg?uselang=cs [7] PAJS. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Povrchove_napeti.svg [8] INAGLORY, Brocken. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflection_in_a_soap_bubble_edit.jpg [9] ELUCIDATE. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dew_on_nasturtium_leaf.JPG [10] KARLHAHN. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ConcaveMeniscusContactAngle.png?uselang=cs [11] KARLHAHN. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ConvexMeniscusContactAngle.png?uselang=cs [12] MUST, Indrek. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chemicum_l%C3%A4bi_ioonvedeliku.jpg?uselang=cs [13] MESSERWOLAND. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Capillarity.svg?uselang=cs [14] MESSERWOLAND. wikipedia [online]. [cit. 19.2.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Capillarity.svg?uselang=cs SVOBODA, Emanuel a kol. Přehled středoškolské fyziky. Praha: SPN, 1990, ISBN 80-04-22435-0 NAHODIL, Josef. Fyzika v běžném životě. Praha: Prometheus, 1996, ISBN 80-7196-005-5.