دانستنی های فیزیکفیزیک دهمویژگی های فیزیکی مواد

اثر مویینگی

اثر مویینگی چیست و علت آن

اثر مویینگی (Capillarity): این پدیده بر اثر اختلاف بین اندازه ی نیروی چسبندگی سطحی (دگر چسبی) با چسبندگی بین مولکول های یک مایع (هم چسبی) به وجود می آید. هر گاه قسمتی از یک لوله با قطر کم (لوله مویین) را به طور عمودی وارد یک مایع کنیم با توجه به نوع مایع و اینکه مایع لوله مویین را تر می کند یا نه، مایع در لوله بالا یا پایین می رود. در شکل زیر مشاهده می کنید که آب در لوله مویین بالاتر از سطح مایع داخل ظرف قرار گرفته و جیوه در لوله مویین پایین تر از سطح جیوه داخل ظرف قرار گرفته است.

danestani moiin st 00 اثر مویینگی

چرا آب در لوله مویین بالا می رود و سطح آن بالاتر از سطح آب ظرف قرار می گیرد ؟

چون نیروی چسبندگی سطحی (دگر چسبی) بین مولکول های آب و شیشه قوی تر از چسبندگی مولکول های آب به یکدیگر (هم چسبی) است، آب در لوله مویین بالا می رود.

چرا سطح آب در لوله مویین دارای فرورفتگی است ؟

برایند نیروهای چسبندگی سطحی به طرف بالا می باشد و آب را در کناره ها به سمت بالا می کشد و نیروی وزن آب به سمت پایین وارد می شود و موجب فرورفتگی آب در لوله مویین می شود.

آب تا چه اندازه در لوله مویین بالا می رود ؟

آب تا جایی در لوله مویین بالا می رود که وزن آن مقدار آب که بالاتر از سطح آب در بیرون لوله است، با برایند نیروهای چسبندگی سطحی برابر شود. در ادامه این موضوع را اثبات خواهیم کرد.

danestani moiin st 01 اثر مویینگی

در شکل بالا T برایند نیروهای چسبندگی سطحی است که به سمت بالا به مایع وارد می شود. چون مولفه های افقی نیروی F یکدیگر را خنثی می کنند و فقط مولفه های قائم نیروی F یعنی Fcosφ باقی می ماند که ما آن را با T نشان می دهیم و به سمت بالاست .

و از مبحث فشار در شاره ها می دانیم که نقاط هم تراز یک مایع با یکدیگر هم فشارند. یعنی :

danestani moiin st 02 اثر مویینگی

که در رابطه بالا S مساحت سطح مقطع لوله است.

danestani moiin st 03 اثر مویینگی

hS حجم مایع بالا آمده از ظرف می باشد. و از طرفی از رابطه چگالی خواهیم داشت :

danestani moiin st 04 اثر مویینگی

m=ρV در این رابطه جرم آب بالا آمده از سطح ظرف است.

مشاهده کردید که آب تا جایی بالا می آید که برایند نیروهای دگر چسبی برابر با نیروی وزن آب بالا آمده از سطح ظرف شود.

حال می خواهیم مقدار آب بالا آمده را بدست آوریم.

نیروی Fcosφ به محیط دایره ای به شعاع r وارد می شود . یا می توانیم بگوییم مولفه قائم چسبندگی سطحی (surface tension) که آن را با ϒcosφ نشان می دهیم، فشاری است که به محیط دایره ای به شعاع r وارد می شود. (یکای ϒ نیوتون بر متر است و برای آب ۲۰ درجه سلسیوس ϒ=۰٫۰۷۲۸N/m است.) و همچنین فشار ناشی از وزن آب بالا آمده به مساحت دایره ای به شعاع r وارد می شود. در نتیجه خواهیم داشت :

danestani moiin st 05 اثر مویینگی

با ساده کردن عبارت فوق، مقدار آب بالا آمده از سطح ظرف را می توان بدست آورد.

danestani moiin st 06 اثر مویینگی

r شعاع مقطع لوله مویین است.

در رابطه فوق مشاهده می کنیم که h با r رابطه وارون دارد. یعنی هر چه لوله مویین باریک تر باشد، آب بیشتر بالا می رود.

 

چرا جیوه در لوله مویین پایین می رود و سطح آن پایین تر از سطح جیوه درون ظرف قرار می گیرد؟

چون نیروی چسبندگی سطحی بین مولکول های جیوه و شیشه (دگر چسبی) کمتر از نیروی چسبندگی بین مولکول های جیوه (هم چسبی) است، مولکول های سطح جیوه در داخل لوله را مولکول های زیرین به پایین می کشند. همچنین برایند نیروهای چسبندگی سطحی به طرف پایین است.

چرا سطح جیوه در لوله مویین دارای برامدگی است ؟

فشار مایع و کشیده شدن مولکول های کناری به طرف وسط لوله باعث می شود که سطح جیوه در داخل لوله اندکی برآمده شود.

جیوه تا چه اندازه ای در لوله مویین پایین می رود؟

جیوه تا جایی در لوله مویین پایین می رود که وزن آن مقدار جیوه که پایین تر از سطح جیوه در بیرون از لوله است با برایند نیروهای چسبندگی سطحی برابر شود. در ادامه به اثبات این موضوع می پردازیم.

danestani moiin st 07 اثر مویینگی

با توجه به هم فشاری نقاط هم تراز در یک مایع، خواهیم داشت:

danestani moiin st 08 اثر مویینگی

اگر سطح لوله مویین را با روغن چرب کنیم و آن را در ظرف آب فرو ببریم، رفتاری مانند جیوه انجام می دهد. چون نیروی چسبندگی سطحی بین مولکول های آب و شیشه کاهش می یابد و کمتر از نیروی هم چسبی مولکول های آب می شود.

یکی از دلایل بالا رفتن آب و به همراه آن مواد معدنی در گیاه ها و درخت ها همین اثر مویینگی است.(دلایل دیگری نیز در بالارفتن آب در درخت ها نیز وجود دارد و فقط مویینگی به تنهایی نمی تواند موجب آن شود.)

اثر مویینگی موجب کشیده شدن آب به داخل ساختمان ها از طریق روزنه های موجود در مصالح ساختمانی می شود. به همین دلیل ساختمان ها را عایق بندی می کنند.

در فیلم زیر مشاهده می کنید که چگونه اثر مویینگی باعث می شود تا آب از یک ظرف به یک ظرف دیگر از طریق یک کاغذ منتقل شود.

این مقاله توسط مصطفی کبیری مدیریت فیزیکفا نوشته شده است.

منابع:

۱-فیزیک هالیدی، کرین،رزنیک.جلد۲

۲-فیزیک دهم. دفتر تالیف کتاب های درسی عمومی و متوسطه نظری

۳-مجله رشد آموزش فیزیک.شماره ۱، پاییز ۸۹

۴-capillary action(http://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Physical_Properties_of_Matter/Bulk_Properties/Capillary_Action)

۵-Capillary Action, Wikipedia, icklearrow اثر مویینگیhttp://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action

منبع
ویکی پدیانشر و توزیع مواد آموزشیمجله رشدCapillary Action
برچسب ها

کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

مطالب مشابه

3 دیدگاه در “اثر مویینگی”

  1. سلام.میخواستم ببینم از لحاظ نظری ممکنه که بشه از خاصیت بالا روندگی برخی مایعات در لوله های مویین برای تولید انرژی استفاده بشه؟برای مثال در مورد آب اگر قطر لوله رو در حد چند دهم میلی متر در نظر بگیریم تا ارتفاع بیش از یک متر مایع بالا میاد و اگر تعداد این لوله ها رو زیاد(بیش از هزار عدد) کنیم میتونیم حجم قابل توجهی آب رو در ارتفاع نگهداریم و سپس بتونیم از این پتانسیل برای راه اندازی توربین آبی استفاده کنیم و برق تولید کنیم.حالا اگر از مایعات با چگالی پایین تر مثل برخی هیدروکربن های مایع استفاده کنیم ارتفاع بالا روندگی رو میتونیم بیشتر کنیم.ممکنه بگید طبق اصول ترمودینامیک نمیشه از هیچ انرژی گرفت ولی من میگم انرژی این حرکت میتونه از گرمای محیط تامین بشه و از دمای محیط استفاده کنه.منتظرم نظر شما رو در این مورد بشنوم.با تشکر

    1. اگر هم بشود این کار کرد نتیجه مطلوب تولید برق را ندارد زیرا این حجم اب بالا رفته ان قدر وزن کمی دارد که ب ضعیف ترین توربین های تولید برق هم غلبه نمیکند و اصلا از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید

بستن
بستن