Gymnázium a obchodní akademie Chodov

Smetanova 738, 357 35 Chodov Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0376

Šablona: Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Pořadí šablony a sada: 18 Molekulová fyzika a termika Materiál: VY_32_INOVACE_MFTER.18

Vytvořený ve školním roce: (datum) 15. 6. 2013 Téma: Kapilární tlak, kapilární jevy Předmět a třída: fyzika, sexta osmiletého gymnázia Anotace: Materiál je určen jako pomůcka k vysvětlení pojmů kapilarita, kapilární tlak. Je potřeba PC s internetem, projektor, microsoft powerpoint. PC s internetem by měli mít k dispozici i žáci (alespoň ve dvojicích).

Autor: Josef Knot Klíčová slova: kapilární tlak, smáčivá kapalina, nesmáčivá kapalina, kapilární jevy Ověřený dne: 17. 6. 2013

Styk kapaliny se stěnou nádoby

Síly působící na molekuly kapaliny v blízkosti jejího povrchu a stěny nádoby.

   Stěna působí na molekuly přitažlivou silou

F

1

Molekuly kapaliny působí na ostatní molekuly přitažlivou silou

F

2

Přitažlivou silou působí i molekuly vzduchu a na každou molekulu působí tíhová síla – tyto dvě síly zanedbáme, protože jsou mnohem menší než první dvě síly Na následujícím obrázku jsou znázorněny možnosti, které mohou nastat. O výsledné síle rozhoduje kombinace kapaliny a materiálu, ze kterého je nádoba vytvořena.

Styk kapaliny se stěnou nádoby

F

1 a) Kapalina

smáčí

stěnu nádoby – výsledná síla směřuje směrem ven, povrch hladiny u stěny je dutý. (například kombinace voda – sklo, rtuť – měď )

F

1 b) c) Kapalina

nesmáčí

stěnu nádoby – výsledná síla směřuje do kapaliny, povrch hladiny u stěny je vypuklý. (například kombinace rtuť – sklo, voda – mastné sklo) Povrch zůstane vodorovný, pokud je výsledná síla rovnoběžná se stěnou nádoby.

Kapilární tlak

Výsledná síla působící na molekuly kapaliny u stěny nádoby způsobuje změnu tlaku v kapalině (podle jejího směru se tlak zvětší nebo zmenší).

Nově vzniklý tlak nazýváme

kapilární tlak

. Tento tlak vzniká všude, kde má kapalina zakřivený povrch.

Pod vypuklým povrchem je tlak větší o kapilární tlak, než pod vodorovným povrchem.

Pod dutým povrchem je tlak menší o kapilární tlak, než pod vodorovným povrchem.

Kapilární tlak

Pro velikost kapilárního tlaku platí vztah

p

k  2 

R σ

je povrchové napětí kapaliny

R

je poloměr křivosti hladiny kapaliny Pokud počítáme kapilární tlak pro bublinu, nesmíme zapomenout, že má dva povrchy. Kapilární tlak pak bude dvojnásobný.

Kapilární elevace a deprese

Pokud kolmo do kapaliny ponoříme kapiláru (trubičku o vnitřním poloměru menším než 1 mm), vystoupá v ní kapalina výš, než je hladina kapaliny v nádobě (pro smáčející kapalinu), nebo níž (pro nesmáčející kapalinu).

Příčinou tohoto jevu je kapilární tlak.

Pokud kapalina smáčí stěny kapiláry, sníží se uvnitř tlak a kapalina vystoupí do takové výšky, aby vzniklý hydrostatický tlak dorovnal vzniklý rozdíl. Analogicky je to pro nesmáčející kapalinu (tam je tlak v kapiláře větší než v okolí).

Kapilární elevace a deprese

Pro rozdíl mezi výškou kapaliny v nádobě a v kapiláře platí vztah

h

 2  

gR σ

je povrchové napětí kapaliny

ρ

je hustota kapaliny

g

je tíhové zrychlení

R

je vnitřní poloměr kapiláry

Příklad

Příklad: V kapiláře o vnitřním poloměru 0,5 mm poklesla hladina rtuti o 14,5 mm. Hustota rtuti je 13 546 kg ·m –3 . Určete povrchové napětí rtuti za předpokladu, že zcela nesmáčí stěny kapiláry.

Řešení: V kapiláře je hydrostatický tlak, který je v nádobě okolo, zvětšení o kapilární tlak.

Kapilární tlak v kapiláře tedy musí být roven hydrostatickému tlaku rtuťového sloupce o hledané výšce.

Příklad

  13546 kg  m  3 ,

R

 0 , 5 mm

h

 14 , 5 mm  0,5  10 -3  0,0145 m,

g

 10 m  s  2 ,  m,  ?

N  m  1

h



g

 2 

R

   1 2

h



gR

  1 2  0 , 0145  13546  10  0 , 5  10  3   0 , 491 N  m  1

Příklad

Řešte příklad: http://fyzikalniulohy.cz/uloha.php?uloha=343 [15. 6. 2013]

Použité zdroje a literatura

1.

2.

3.

Vlastní archiv SVOBODA, Emanuel a kol.

Přehled středoškolské fyziky

. Praha: Prometheus, 2008, ISBN 978-80-7196-307-3 MIKULČÁK, J. a kol.

Matematické, fyzikální a chemické tabulky

. Praha: SPN, 1989, ISBN 14-257-89