Капиллярно-пористые тела
Особыми свойствами обладают капиллярно-пористые тела, твердая дисперсионная среда которых пронизана порами капиллярных размеров. Если капилляры заполнены газом, то эти тела образуют систему Г/Т, а если жидкостью — Ж/Т. Иногда жидкостью заполняется только часть пор, т.е. образуются системы типа Г, Ж/Т.
К капиллярно-пористым телам относятся древесина, ткани, бумага, кирпич, войлок, фетр и др. В зависимости от содержания влаги их можно рассматривать как дисперсные системы типа Г/Т, Ж/Т или Г, Ж/Т.
Древесина состоит из клеток с одеревеневшими оболочками и имеет сосудистую капиллярно-пористую систему. Удивительные механические свойства древесины как замечательного конструкционного материала обусловлены ее структурой.
Как бы ни уплотняли бетон, в нем всегда имеются поры. Типичной формой этих пор являются короткие цилиндрические каналы, которые в некоторых сортах бетона имеют диаметр от 0,6 до 1000 нм.
Почвы можно рассматривать и как капиллярно-пористые тела. В основном пористость почвы колеблется в пределах от 40 до 60%. В торфяных почвах она возрастает до 90%, а в заболоченных снижается до 27%. Поровое пространство почвы заполнено воздухом, в котором находятся летучие органические соединения. Кроме того, там помещается и жидкая часть почвы — почвенный раствор, который осуществляет перенос веществ внутри почвы, вынос их из почвы, снабжение растений водой и растворенными веществами.
|
|
|
Одним из характерных поверхностных свойств капиллярно-пористых тел является подъем жидкости в порах (рис. 18). Капиллярный подъем самопроизвольный процесс, который связан с механическим перемещением жидкости относительно стенок капилляра.
В капилляре за счет смачивания образуется вогнутый мениск. На такой искривленной поверхности с радиусом кривизны r поверхностное натяжение σжгвызывает капиллярное давление Δ p (см. рис. 2.6). В соответствии с формулой (2.23) давление за счет кривизны поверхности, можно представить в виде
Δ p = (2σЖГ/ r)cos θ, (18.2)
где θ — краевой угол смачивания (см. рис. 18).
Капиллярное давление уравновешивается весом P Нстолба жидкости высотой Н, т.е. Δ p = Р H. Это равенство с учетом формулы (18.2) и веса столба жидкости можно записать в следующем виде:
(2σЖГ/ r)cos θ = (ρ – ρ0) gH, (18.3)
где ρ, ρ0— плотность жидкости и газа (воздуха).
В связи с тем что ρ >> ρ0, плотностью газа можно пренебречь; тогда высоту подъема жидкости в капилляре определяют при помощи формулы
H = 2σЖГcos θ/(r ρ g) (18.4)
При полном смачивании, когда θ = 0 и cos θ = 1, формула (18.4) приобретает следующий вид:
H = 2σЖГ/(r ρ g). (18.5)
При помощи формул (18.4) и (18.5) можно определить высоту подъема жидкости в капиллярно-пористых телах. В капилляре радиусом 1 мкм высота подъема воды может достигать 15 м.
|
|
|
Фактически размеры пор в дисперсных системах неодинаковы; поры направлены в различные стороны, а значительная часть из них является тупиковыми, т.е. не имеет продолжения. Поэтому для более точных расчетов в формулы (18.4) и (18.5) необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие особенности пористого материала.
Капиллярный подъем жидкости имеет место в процессе пропитки и увлажнения структурированных капиллярно-пористых тел, он определяет влагосодержание почвы, питание растений.
На несмачивающейся поверхности, когда θ > 900, образуется выпуклый мениск, а капиллярное давление направлено в глубь жидкости, что обусловливает всасывание жидкости в капилляр.
Г л а в а 19
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 83; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!