모세관 행동 표면 장력, 응집력 및 접착력으로부터 좁은 튜브 또는 공간을 통한 유체 흐름입니다. 예를 들어, 얇은 튜브를 물에 넣으면 물이 튜브 위로 흐릅니다. 현상의 다른 이름은 모세관, 모세관 운동 및 심지입니다. 모세관 작용은 중력의 힘을 요구하지 않습니다. 실제로 액체는 종종 중력에 반대하여 좁은 튜브에서 상승합니다.
모세관 작용의 힘 - 작동 방식모세관 작용을 크게 담당하는 세 힘은 표면 장력, 응집력 및 접착제입니다.
- 응집력은 액체 분자가 서로 붙어있을 때 발생합니다. 물 분자의 경우, 분자 사이의 수소 결합으로 인해 응집력이 높다.
- 접착력은 액체 분자가 표면에 얼마나 잘 달라 있는지 설명합니다. 물 분자는 유리와 성형 표면에 달라 붙습니다. 대조적으로, 수은 원자는 서로 잘 고정되지만 컨테이너 표면에 끌리지 않습니다.
- 표면 장력은 액체 표면적을 최소화하는 공기와의 계면에서 액체의 장력입니다. 물과 수은은 모두 표면 장력이 높습니다. 좁은 튜브에서,이 두 액체에 의해 형성된 메 니스 커스는 구부러진다. 그러나 물은 용기 벽으로 향하는 반면, 수은은 모세관의 중앙에 둥근 모양을 형성합니다.
- 중력은 모세관 내에서 액체가 얼마나 멀리 상승하는지에 영향을 미칩니다. 수직 튜브에서 액체를 하향 당기는 데 도움이됩니다.
많은 액체가 물처럼 작용하고 모세관에서 상승합니다. 그러나 수은과 같은 액체는 튜브를 둘러싼 액체보다 낮은 수준으로 상승합니다.
볼록 메 니스 커커스는 분자가 용기에 비해 서로 더 매력적일 때 형성됩니다. 예를 들어, 수은은 유리에서 볼록한 메 니스 커스를 형성합니다. 오목한 메 니스 커스는 분자가 서로에보다 용기에 더 끌리면 형성됩니다. 예를 들어, 물은 유리에 오목한 메 니스 커스를 형성합니다. 메 니스 커커스 모양은 액체의 조성과 용기의 구성에 따라 다릅니다. 예를 들어, 플라스틱의 물비 쿠스는 거의 평평합니다.
모세관 작용 예
일상 생활에는 모세관 행동의 친숙한 예가 많이 있습니다.
- 짚을 물 한 잔에 넣으면 짚 내의 액체 수준은 유리의 물 높이보다 높습니다.
- 모세관 작용은 콘크리트와 건식 벽체에서 축축한 상승을 야기합니다.
- 눈의 눈물 덩어리 (눈물 덕트)는 눈 표면에서 눈물을 지속적으로 배수합니다.
- 양초 위크는 촛불 불꽃을 지속적으로 공급하는 액체 왁스를 흡수합니다. 페인트 브러시와 램프 위크는 같은 방식으로 액체를 집어 들었습니다.
- 종이 타월은 모세관 작용을 사용하여 물 위로 물을 뿌립니다.
- 땀을 쌓는 직물은 또한 모세관 작용을 사용합니다.
식물의 줄기와 트렁크 위로 물의 움직임 (증산)은 모세관 작용과 관련이 있지만 잎의 증발과 뿌리의 삼투압에 의존합니다.
모세관 동작 사용
모세관 행동에는 몇 가지 용도가 있습니다. 예를 들면 :
- 분수 펜은 모세관 동작을 사용하여 잉크를 그립니다
- 얇은 층 및 종이 크로마토 그래피 적용 모세관 작용
- 모세관 튜브는 과학과 의학의 얇은 튜브이며 혈액과 같은 작은 샘플을 그린다.
사탕 크로마토 그래피 프로젝트
화려한 사탕으로 안료를 분리하는 재미있는 종이 크로마토 그래피 프로젝트에 모세관 행동을 적용하십시오.
메 니스 커스 높이에 대한공식
모세관 튜브, 테스트 튜브 또는 메 니스 커커스 라인의 묻힌 액체 레벨을 측정하십시오. 모세관 작용을 설명하는 액체 기둥에서 메 니스 커스의 높이를 계산하기위한 공식이 있습니다.
h =2γcosθ / ρgr
여기 :
- h는 액체의 기둥에서 메 니스 커스의 높이 입니다.
- γ는 액체 공기 환경에서 표면 장력입니다
- θ는 액체와 컬럼 벽 사이의 접촉 각도 입니다.
- ρ 액체 밀도 입니다
- g는 중력으로 인한 가속도입니다
- r은 튜브 내부 반경입니다 입니다
이 공식을 사용하여 튜브 반경의 효과에 주목하십시오. 튜브가 얇을수록 반경이 작고 액체가 모세관 작용에서 더 많이 이동합니다.
액체 수송의 부피에 대한공식
종이 타월과 같은 건조 다공성 배지는 시간이 지남에 따라 속도가 느려지는 속도로 액체를 흡수합니다. 시간이 지남에 따라 흡수 된 볼륨을 계산하기위한 공식이 있습니다.
v =sa√t
여기 :
- v는 액체의 부피 입니다
- s는 모세관 작용을 통한 흡수성 또는 매체의 흡수 용량입니다
- a는 습식 지역의 단면입니다
액체 흡수 속도는 온도, 투과성 및 습도를 포함한 여러 요인에 따라 다릅니다.
참조
- Batchelor, G.K. (1967). 유체 역학 소개 . 케임브리지 대학교 출판부. ISBN 0-521-66396-2.
- De Gennes, Pierre-Gilles; Brochard-Wyart, Françoise; Quéré, David (2004). 모세관 및 습윤 현상 . 스프링거 뉴욕. ISBN 978-1-4419-1833-8. doi :10.1007/978-0-387-21656-0
- Freeman, Scott (2014). 생물학적 과학 . 미국 :피어슨. ISBN 978-0-321-74367-1.
- liu, m.; et al. (2016). "다공성 배지에서 증발 제한된 방사형 모세관 침투". langmuir . 32 (38) :9899–9904. doi :10.1021/acs.langmuir.6b02404
