모세관 효과는 중력과 같은 외부 힘의 도움없이 좁은 공간에서 액체가 흐르는 능력입니다. 페인트 브러시의 머리카락 사이, 얇은 튜브, 종이, 석고 또는 목재 및 코르크와 같은 다공성 물체에서 페인트가 올라갈 때이 효과를 볼 수 있습니다.
모세관 작용은 액체 공기 인터페이스와 액체-고체 인터페이스 사이의 에너지 차이에서 비롯됩니다. 고체-액체 계면의 에너지가 높을수록 모세관 힘이 높아집니다.
이것은 Laplace의 법칙이라고하며 접촉각이 주어지면 모세관 상승을 계산하는 데 사용될 수 있습니다.
접촉각은 습윤성의 척도이며, 유체가 고체 또는 액체와 접촉하는 각도로 정의됩니다. 접촉 각도가 높으면 접촉 각도가 낮은 것보다 물을 끌어 올리는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 예를 들어, 처리되지 않은 것보다 왁스 칠한 종이 타월을 끌어 올리려면 더 많은 에너지가 필요합니다.
모세관 작용에 영향을 미치는 요인
많은 요인이 모세관 작용에 영향을 미칩니다 :
- 표면 장력 : 그것은 액체가 표면이 탄성 피부로 덮여있는 것처럼 행동하게하는 속성입니다. 이 탄성‘피부’는 표면의 분자와 그 아래의 분자 사이의 매력 때문입니다.
- 습윤 : 습윤은 액체가 고체 표면을 가로 질러 흐르는 능력으로 정의됩니다. 퍼져 나가지 않지만 (오일과 같은) 방울이 젖지 않는 액체는 젖지 않지만 표면에 퍼지면 표면 (물과 같은)을 뿌립니다.
- 완전한 습윤 : 액체가 다공성 고체의 모든 기공을 채우는 경우, 우리는 완전한 습윤으로 인해 모세관 작용이 발생했다고 말합니다.
모세관 작용 중에 작용하는 힘
모세관 작용 중에 3 개의 힘이 관련되어 있습니다.
- 액체와 고체 재료 사이의 접착력은 액체를 튜브의 측면으로 끌어 당깁니다. 접착력은 대부분의 경우 응집체보다 강력하여 액체가 튜브 외부에 남아 있지만 액체 분자 사이에는 여전히 약간의 인력이 있습니다.
- 액체 분자 사이의 응집력은 분자를 함께 밀어 메 니스 커스를 형성합니다. 응집력은 접착력보다 강하므로 튜브의 바닥에있는 분자가 위로 당겨집니다. 이것은 튜브의 양쪽에서 위로 구부러진 오목한 메 니스 커스를 만듭니다.
- 모세관 작용에 영향을 미치는 세 번째 요소는 표면 장력입니다. 이것은 액체 분자가 다른 물질이나 공기와의 접촉을 최소화하기 위해 평평한 필름에 자신을 배열 할 때 발생하는 현상입니다. .
이 힘이 모세관 작용에 어떤 영향을 미칩니 까?
모세관 작용의 기본 메커니즘은 다음과 같이 거시적 수준에서 이해 될 수 있습니다. 액체의 표면이 고체 경계와 접촉하면 해당 경계에 끌립니다. 예를 들어, 유리 튜브를 가져 와서 한쪽 끝이 물 라인 위에 있고 다른 쪽 끝이 아래로 물에 넣으면 물이 유리 튜브의 벽에 달라 붙는 경향이 있습니다. 이것은 물의 응집력이 물과 유리 사이의 접착력보다 크기 때문입니다.
이 효과는 모든 유형의 액체에 대해 작용하며, 다른 유형의 액체가 서로 다른 최대 높이의 모세관 작용을 나타냅니다. 예를 들어, 수은은 물보다 유리와 같은 재료에 대한 부착이 약하지만 자체 입자 사이의 강한 응집력 (밀도가 높기 때문에)이 물보다 최대 높이가 높습니다.
.모세관 작용은 두 물질 사이의 응집력과 접착력의 차이로 인해 발생합니다. 예를 들어, 물은 강한 응집력있는 특성, 즉 잘 고정되어 있지만 유리와 같은 다른 물질과 강한 접착제 특성을 가지고 있습니다. 물이 튜브 상단에서 공기를 만나면 응집력이 줄어 듭니다. 물이 다른 액체를 만나면 접착력이 적습니다. 이 차이는 물과 같은 액체 표면에서 장력을 만들어 내고, 그 장력은 좁은 공간에서 중력에 대해 움직일 수 있습니다.
결론
모세관 작용은 표면 장력으로 인한 것입니다. 표면 장력은 모든 액체에 존재합니다. 액체 표면의 분자 사이의 매력으로 인해 발생합니다. 인터페이스의 분자는 그 위에 분자가 없으며 바로 인접한 분자에 대한 명소가 약합니다.
모세관 작용은 액체 표면의 분자가 인접한 물질의 분자에 끌릴 때 발생합니다. 물 분자는 다른 물 분자에 끌립니다. 이 응집력은 물을 유리 또는 성형 표면에 결합시키는 접착력보다 강하다. 그러나 물이 얇은 튜브와 같은 단단한 벽으로 좁은 채널이 만나면 코흡 및 접착력이 모세관 작용을 통해 물을 위로 끌어 당기기 위해 함께 작동합니다.
