Конспект занятия "Капілярність. Капілярні явища" 10 класс

Тема заняття: Капілярність. Капілярні явища.

Мета відкритого заняття: створити умови для розвитку пізнавальної та дослідницької

діяльності за допомогою елементів технології проблемного навчання.

• Дидактична мета:

1. з'ясувати якість вбирання вологи паперових серветок, туалетного паперу, з вимірювання

висоти підняття в них вологи і з розрахунку радіуса капіляра. Порівняти вироби

випускаються різними виробниками.

2. сформувати поняття змочування , капілярність , в'язкість ;

3. поглибити знання про молекулярному будову речовини ;

• Виховна мета :

1. прищепити інтерес до предмету;

2. виховувати акуратність , трудові навички ;

• Розвиваюча мета:

1. сприяти розвитку пошукової , творчої діяльності студентів;

2. сприяти розвитку умінь робити висновки і узагальнення.

Тип заняття: формування практичних умінь і навичок.

Форми організації навчальної діяльності: фронтальна , групова.

Методи навчання: репродуктивний , пояснювально - ілюстративний, частково-пошуковий .

Методи пізнання : спостереження, моделювання, проблемний, порівняльний, аналіз .

Методи самостійної роботи:

• робота з підручником ;

• фронтальний експеримент ;

• розвязуання задач .

Обладнання: склянки; вода; капіляри різного діаметру; сполучені посудини; штативи;

туалетний папір; піпетки ; серветки; слайди і проектор.

Хід заняття

I. Організаційний момент:

II .Актуалізація пройденого матеріалу

- Фронтальне опитування :

- Які агрегатні стани речовини ви знаєте?

- Дайте характеристику кожному з агрегатних станів .

- Що називається силою поверхневого натягу рідини?

- У чому полягає явище поверхневого натягу рідини?

- Запишіть на дошці формулу сили поверхневого натягу.

ІІІ Мотивация навчальної діяльності, повідомлення теми і мети заняття.

IV . Основна частина - вивчення нового матеріалу

1. Tеоретична частина

1.1 Явище змочуваності і незмочування

1.2 Капілярні явища

1.3 Капілярне піднімання рідини, змачуваної стінки (вода в скляній посудині і капілярі)

1.4 Переміщення рідини в капілярі під дією різниці капілярних тисків (r1> r2)

1.5 Як пояснити капілярні явища?

1.6 Роль капілярних явищ в природі і техніці (повідомлення студентів)

2. Практична частина - дослідницька робота в групах.

Інструктаж по ТБ згідно затвердженої інструкції.

Звіти роботи груп.

VI . Закріплення вивченого матеріалу

- Обговорення якісних питань:

• - Навіщо перед фарбуванням грунтують поверхню ?

• - Навіщо перед штукатуркою цегляну стіну змочують водою?

• - Якщо покласти шматок крейди на мокру губку, віна намокне , а якщо суху губку на

мокру крейду, вона залишиться сухою. Чому ?

• - Чому сліди на мокрому грунті заповнюються водою?

• - Чому мокрі руки погано витираються вовняної або шовкової тканиною ?

VII . Підведення підсумків ( рефлексія ).

VIII . Повідомлення домашнього завдання .

обов'язкове :

Гончаренко С.У. «Фізика 10» - ɠ 20-23

додаткове:

Вирішити задачу : у двох капілярних трубках різного діаметру , опущених у воду , встановилася різниця

рівнів 2,6 см. При опусканні цих же трубок в спирт різниця рівнів виявилася 1 см. Знаючи коефіцієнт

поверхневого натягу води , знайти коефіцієнт поверхневого натягу спирту.

творче :

створити мультимедійну презентацію « Капілярні явища на службі нанотехнологій ».

випереджувальне :

самостійно вивчити і написати реферат за однією з тем: « Електрокапілярні явища » , « Капілярний

електрофорез ».

Повторення пройденого матеріалу

- Фронтальне опитування :

- Які агрегатні стани речовини ви знаєте?

Практично будь-яка речовина залежно від фізичних умов може перебувати в

трьох агрегатних станах:твердому, рідкому й газоподібному.

Ви вже знаєте, що вода і лід (сніг, іній) — це два різні агрегатні стани води:

рідкий і твердий. Поява інею на деревах пояснюється просто: вода з поверхні річки

випаровується, перетворюючись на водяну пару. Водяна пара, у. свою чергу,

конденсується й осідає у вигляді інею. Водяна пара — це третій стан води —

газоподібний.

- Дайте характеристику кожному з агрегатних станів .

Спостерігаємо й пояснюємо фізичні властивості твердих тіл

Подивіться уважно на рис. 2.24. Усі зображені на ньому тверді тіла відрізняються

одне від одного: кольором виглядом тощо, вони виготовлені з різних речовин. Разом із

тим вони мають і спільні властивості, притаманні всім твердим тілам.

Тверді тіла зберігають об'єм та форму. Це пояснюється тим, що молекули (атоми)

твердих тіл розташовані в позиціях рівноваги. Сили притягання і відштовхування між

молекулами в цих позиціях дорівнюють одна одній. У разі спроби збільшити або

зменшити відстань між молекулами (тобто збільшити або зменшити розмір) виникає

відповідне міжмолекулярне притягання чи відштовхування.

Ви знаєте, що, відповідно до атомно-молекулярної теорії, атоми (молекули) завжди

перебувають у русі. Атоми твердих тіл практично не пересуваються з місця на місце

— вони постійно рухаються біля певної точки, тобто коливаються. Тому тверді тіла

зберігають не тільки об'єм, але й форму.

Рис. 2.24. Незважаючи на зовнішні відмінності, будь-які тверді тіла зберігають

форму та об'єм

Рис. 1. Моделі кристалічних ґраток: а — алмазу, б — графіту. Кульками зображено

центри атомів; ліній, що з'єднують атоми, насправді не існує, вони проведені лише

для того, щоб пояснити характер просторового розташування атомів

Розрізняємо кристалічні й аморфні речовини У ході вивчення будови твердих тіл

за допомогою сучасних методів вдалося з'ясувати, що молекули й атоми більшої

частини речовин у твердому стані розташовані в чітко визначеному порядку, фізики

кажуть: утворюють кристалічні ґратки. Такі речовини

називаються кристалічними. Прикладами кристалічних речовин можуть бути алмаз,

графіт (рис. 2.25), лід, сіль (рис. 2.26), метали тощо. Порядок розташування атомів

(молекул) у кристалічних ґратках речовини визначає її фізичні властивості. Так,

наприклад, алмаз і графіт складаються з тих самих атомів — атомів Карбону, однак ці

речовини вельми відрізняються одна від одної, бо в них порізному розташовані атоми

(див. рис. 2.25).

Рис. 2. Моделі кристалічних ґраток: а — льоду; б — кухонної солі (маленькі

кульки —атоми Натрію, великі — атоми Хлору)

Рис. 2.28. Молекули рідини розташовані майже впритул одна до одної. У невеликому

об'ємі рідини спостерігається взаємна орієнтація сусідніх молекул (існує ближній

порядок). У цілому ж молекули рідини розташовані хаотично

Існує група твердих речовин (скло, віск, смола, бурштин тощо), молекули (атоми)

яких не утворюють кристалічних ґраток і в цілому розташовані безладно. Такі

речовини називають аморфними.

За певних умов тверді тіла плавляться, тобто переходять у рідкий стан. Кристалічні

речовини плавляться за певної температури. Наприклад, лід зазвичай переходить у

рідкий стан, якщо температура дорівнює О °С, нафталін — якщо сягає 80 °С, ртуть —

якщо падає до -39 °С. На відміну від кристалічних, аморфні речовини не мають певної

температури плавлення. У разі збільшення температури вони переходять у рідкий

стан поступово (танення воскової свічки).

Спостерігаємо й пояснюємо фізичні властивості рідин Рідини легко змінюють

свою форму й набувають форми тієї посудини, у якій вони містяться, проте об'єм

рідини при цьому є незмінним (рис. 2.27).

Понад те, якщо ми спробуємо стиснути рідину, нам це не вдасться. Щоб довести

нестисливість рідин, науковці провели дослід: воду налили у свинцеву кулю, яку

запаяли, а потім стиснули потужним пресом. Вода не стислась, а просочилася крізь

стінки кулі. Здатність рідин зберігати свій об'єм пояснюється тим, що, як і у твердих

тілах, молекули в рідинах розташовані близько одна до одної (рис. 2.28).

Молекули рідини доволі щільно впаковані, однак вони не тільки коли-ваються на

тому самому місці в оточенні найближчих «сусідів», але й досить легко можуть

переміщуватися об'ємом, зайнятим рідиною. Тому рідини зберігають об'єм, але не

зберігають форми — вони є плинними.

Пояснюємо фізичні властивості газів Слово «газ» походить від

грецького chaos («хаос», «безлад»), І справді, для газоподібного стану речовини

характерний повний безлад у взаємному розташуванні та русі молекул. Молекули газу

розташовані на відстанях, які в десятки та сотні разів перевищують розміри

молекул. На таких відстанях молекули практично не взаємодіють одна з одною, тому

молекули газу розлітаються й газ займає весь наданий об'єм. Великими відстанями

між молекулами пояснюється й той факт, що гази легко стиснути.

Щоб зрозуміти, як рухаються молекули газу, уявімо рух однієї молекули. Ось вона

рухається в якомусь напрямку, на своєму шляху зіштовхується з іншою молекулою,

змінює напрямок і швидкість свого руху й летить далі, до наступного удару (рис. 2.29).

Чим більшою є кількість молекул у посудині, тим частіше вони зіштовхуються.

Наприклад, кожна молекула, що входить до складу повітря в класній кімнаті,

зіштовхується з іншими молекулами та змінює швидкість свого руху приблизно п'ять

мільярдів разів за секунду.

- Що називається силою поверхневого натягу рідини?

Поверхне

вий на

тяг — фізичне явище, суть якого в прагненні рідини скоротити

площу своєї поверхні при незмінному об'ємі.

Характеризується коефіцієнтом поверхневого натягу.

Коефіцієнт σ називається коефіцієнтом поверхневого натягу (σ> 0). Таким чином,

коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює роботі, необхідної для збільшення площі

поверхні рідини при постійній температурі на одиницю.

В СІ коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється в джоулях на метр квадратний

(Дж/м

) або в ньютонах на метр (1 Н / м = 1 Дж/м

Завдяки силам поверхневого натягу краплі рідини приймають максимально близьку до

сферичної

- У чому полягає явище поверхневого натягу рідини?

Поверхневий натяг виникає як у випадку поверхні розділу між рідиною й газом, так і у

випадку поверхні розділу двох різних рідин.

- Запишіть на дошці формулу сили поверхневого натягу.

Сила поверхневого натягу - сила , спрямована по дотичній до поверхні рідини ,

перпендикулярно ділянці контуру , що обмежує поверхню , в бік її скорочення.

пов

= σl , де σ - поверхневий натяг , що характеризує силу поверхневого натягу , що

діє на одиницю довжини кордону поверхні

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну

розтягнуту плівку , з тією тільки різницею , що пружні сили в плівці залежать від

площі її поверхні (тобто від того , як плівка деформована ) , а сили поверхневого

натягу не залежить від площі поверхні рідини.

ІІІ Мотивація навчання студентів і повідомлення теми і мети уроку.

Світ , в якому ми живемо , дуже різноманітний і цікавий. Нас оточують багато речей ,

на перший погляд , здаються звичайними , а якщо до них придивитися , то можна

знайди в цих звичайних предметах , багато незвичайного і цікавого. Хто з нас не

користувався паперовими серветками , паперовими рушниками , паперовими

носовими хустками , туалетним папером. А чому вони вбирають вологу? Чому різні

серветки це роблять по- різному: одні добре вбирають , а інші не дуже? Від чого це

залежить? Ці питання дуже зацікавили нас , і ми вирішили докладніше про них

дізнатися .

Виявилося , що все це пов'язано з явищами змочування і незмочуваність , з

капілярними явищами , але зараз вирішила це зробити більш поглиблено . У ході

вивчення теоретичного питання,виникло бажання порівняти всі ці вироби за якістю

вбирання вологи . Виявилося , що це легко визначити , розрахувавши розмір капілярів

, які пронизують всі ці вироби і відповісти на питання сестри , а чим відрізняються ці

паперові серветки , паперові рушники , паперові носові хусточки , туалетний папір.

Ще нас зацікавило питання про якість продукції різних підприємств, що випускають

предмети побуту , тому я поставила наступну мету моєї роботи: з'ясувати якість

вбирання вологи паперових серветок, рушників, туалетного паперу, паперових

носових хустинок, з вимірювання висоти підняття в них вологи і з розрахунку

радіуса капіляра. Порівняти вироби випускаються різними виробниками.

IV . Основна частина - вивчення нового матеріалу

3. Tеоретична частина

✓ Явище змочуваності і незмочування

Усі, мабуть , знають , що навіть маленька крапля води розтікається по чистої поверхні

скляної пластинки , покриваючи її тонким шаром. Водночас крапля води на

парафінованим платівці , як і на поверхні листя деяких рослин , не розтікається , а має

майже правильну форму кулі.

Розплавлена крапелька олова , поміщена на дерев'яну платівку , приймає форму кулі.

Але якщо провести паяльником з краплею олова по чистої міді , то олово розтікається

по поверхні аркуша.

Рідина , яка розтікається тонкою плівкою по твердому тілу , називають смачивающей

дане тверде тіло. Рідина , яка не розтікається , а стягується в краплю , називають

несмачіваемих це тіло.

Чим же пояснити явища смачиваемости і незмочуваність ?

Розглянемо краплю рідини на поверхні твердого тіла.

Лінія , що обмежує поверхню краплі на платівці є кордоном поверхонь трьох тіл :

рідини , твердого тіла і газу. Тому в процесі встановлення рівноваги краплі рідини на

межі цих тіл на кожен елемент цього кордону діятимуть три сили: сила поверхневого

натягу рідини на межі з газом Fжг , сила поверхневого натягу рідини на межі з

твердим тілом Fжт , сила поверхневого натягу твердого тіла на кордоні з газом Fтг .

Чи буде рідина розтікатися по поверхні твердого тіла , витісняючи з нього газ , або ,

навпаки , збереться в краплю , залежить від співвідношення величин Fжт , Fтг , Fжг :

розтікання рідини на поверхні твердого тіла станеться , якщо Fтг > Fжт + Fжг * cosa ,

де Fжгcosa - проекція сили поверхневого натягу Fжг на горизонтальну поверхню. Кут

а , утворений напрямом сили поверхневого натягу Fжг , діючої по дотичній до

поверхні рідини і поверхнею твердого тіла , називається крайовим кутом. Він завжди

відраховується всередину рідини. У разі змочування кут а гострий . При а = 0

відбувається повне розтікання рідини - повне змочування . Якщо Fтг < Fжт + Fжгcosa ,

то рідина не буде змочувати тверде тіло , вона буде повністю або частково витіснятися

з поверхні твердого тіла газоподібної середовищем.

✓ Капілярні явища

Капілярні явища - фізичні явища , зумовлені поверхневим натягом на межі розділу

несмешивающихся середовищ. До капілярних явищ відносять явища в рідких

середовищах , викликані викривленням їх поверхні , що межує з іншою рідиною ,

газом або власним парою.

Викривлення поверхні веде до появи в рідині додаткового капілярного тиску р .

Капілярний тиск створюється силами поверхневого натягу , що діють по дотичній до

поверхні розділу. Викривлення поверхні розділу веде до появи складової , спрямованої

всередину обсягу однієї з контактуючих фаз. Для плоскої поверхні розділу така

складова відсутня і р = 0 .

Капілярні явища охоплюють різні випадки рівноваги і руху рідини під дією сил

міжмолекулярної взаємодії і зовнішніх сил (у першу чергу , сили тяжіння) . У

простому випадку , коли зовнішні сили відсутні або скомпенсовані , поверхня рідини

завжди викривлена. Так , в умовах невагомості обмежений обсяг рідини, не дотичний

з іншими тілами , приймає під дією поверхневого натягу форму кулі. Ця форма

відповідає стійкій рівновазі рідини , оскільки куля володіє мінімальною поверхнею

при даному обсязі і, отже , поверхнева енергія рідини в цьому випадку мінімальна.

Форму кулі рідина приймає і в тому випадку , якщо вона знаходиться в іншій , рівний

по щільності рідини (дія сили тяжіння компенсується архимедовой виштовхує силою)

Властивості систем, що складаються з безлічі дрібних крапель або бульбашок (

емульсії , рідкі аерозолі , піни) , та умови їх освіти багато в чому визначаються

кривизною поверхні частинок , тобто капілярними явищами. Не меншу роль капілярні

явища грають і при утворенні нової фази: крапельок рідини при конденсації пари,

бульбашок пари при кипінні рідин , зародків твердої фази при кристалізації.

При контакті рідини з твердими тілами на форму її поверхні істотно впливають явища

смачиваемости , зумовлені взаємодією молекул рідини і твердого тіла.

✓ Капілярне піднімання рідини, змачуваної стінки (вода в скляній посудині і

капілярі)

На малюнку показаний профіль поверхні рідини , смачивающей стінки судини .

Змочування означає , що рідина сильніше взаємодіє з поверхнею твердого тіла , ніж

знаходиться над нею газ. Сили тяжіння , що діють між молекулами твердого тіла і

рідини , змушують її підніматися по стінці судини , що призводить до викривлення

примикає до стінки ділянки поверхні. Це створює негативне капілярний тиск, який в

кожній точці викривленої поверхні в точності врівноважує додатковий тиск ,

викликане підйомом рівня рідини. Гідростатичний тиск в об'ємі рідини при цьому змін

не зазнає .

Якщо зближувати плоскі стінки судини таким чином , щоб зони викривлення почали

перекриватися , то утворюється увігнутий меніск - повністю викривлена поверхню. У

рідині капілярний тиск негативно , під його дією рідина всмоктується в щілину до тих

пір , поки вага стовпа рідини (заввишки h ) не врівноважує чинне капілярний тиск р .

У стані рівноваги ( 1 - 2 ) gh = p = 12 лютого / r , де 1 і 2 - щільності рідини і газу , g -

прискорення вільного падіння . Це вираз , відоме як формула Жюрена , визначає

висоту h капілярного підняття рідини , повністю смачивающей стінки капіляра .

Рідина , не змочується поверхню , утворює опуклий меніск , що викликає її опускання

в капілярі нижче рівня вільної поверхні ( h < 0 ) .

Капілярний вбирання грає істотну роль у водопостачанні рослин , пересування вологи

в грунтах та інших пористих тілах. Капілярна просочування різних матеріалів широко

застосовується в процесах хімічних технологій .

Викривлення вільної поверхні рідини під дією зовнішніх сил обумовлює існування

капілярних хвиль ( " ряби " на поверхні рідини). Капілярні явища при русі рідких

поверхонь розділу розглядає фізико-хімічна гідродинаміка .

Рух рідини в капілярах може бути викликане різницею капілярних тисків , що виникає

в результаті відмінності кривизни поверхні рідини. Потік рідини направлений у бік

меншого тиску: для змочувальних рідин - до меніска з меншим радіусом кривизни.

✓ Переміщення рідини в капілярі під дією різниці капілярних тисків (r1> r2)

Знижений , у відповідності з рівнянням Кельвіна , тиск пари над змочуючими

менисками є причиною капілярної конденсації рідин в тонких порах.

Негативне капілярний тиск чинить стягуюча дія на обмежуючі рідина стінки . Це може

призводити до значної об'ємної деформації високодисперсних систем і пористих тіл -

капілярної контракції . Так , наприклад , відбувається зростання капілярного тиску при

висушуванні призводить до значної усадки матеріалів .

Багато властивостей дисперсних систем ( проникність , міцність , поглинання рідини )

значною мірою обумовлені капілярними явищами , так як в тонких порах цих тіл

реалізуються високі капілярні тиску.

Капілярні явища вперше були відкриті і досліджені Леонардо да Вінчі ( 1561г ) , Б.

Паскалем ( 17веке ) і Дж. Жюреном ( Джурин , 18 століття) в дослідах з капілярними

трубками. Теорія капілярних явищ розвинена в роботах П. Лапласа ( 1806 р.) , Т. Юнга

(Янг , 1805 р.) , Дж.У.Гіббса (1875 р.) і І.С. Громеки ( 1879 , 1886 рр. . )

✓ Як пояснити капілярні явища?

Якщо рідина повністю змочує тверде тіло ( а = 0 ) , то з боку рідини на лінію її

зіткнення з твердим тілом , довжина якої 2ПR , діє спрямована вниз сила поверхневого

натягу , модуль якої дорівнює F = 2r , де r - радіус капіляра , - коефіцієнт поверхневого

натягу.

З боку твердого тіла на рідину діє така ж по модулю сила F1 , спрямована вгору (

відповідно до третього закону Ньютона). Вона і викликає підйом рідини в капілярі на

таку висоту h , при якій сила тяжіння Fт , діюча на весь піднятий стовп рідини ,

дорівнює по модулю силі F1 , а , отже , і силі поверхневого натягу F : F = Fт Звідси 2 =

mg . Маса піднятого стовпа рідини дорівнює m = Vg = , де - щільність рідини , V -

об'єм піднятого стовпа. Отже 2 або

h = - формула підняття рідини в капілярі .

З формули неважко помітити , що рідини , змочуючі матеріал , з якого зроблений

капіляр , будуть в ньому підніматися (вода і скло). І навпаки: рідини, не змочуючі

капіляр , будуть в ньому опускатися ( скло і ртуть) . Крім того , висота підйому

(опускання ) рідини залежить від товщини трубки : чим тонше капіляр , тим більше

висота підняття (опускання) рідини.

✓ Роль капілярних явищ в природі і техніці (повідомлення студентів)

Повідомлення 1 . « Змочування в природі ». Роль поверхневих явищ у природі різноманітна. Наприклад ,

поверхнева плівка води є для багатьох організмів опорою при русі. Така форма руху зустрічається у дрібних

комах і павукоподібних . Найбільш відомі водоміри , які спираються на воду тільки кінцевими члениками

широко розставлених лапок. Лапка , покрита воскоподібні нальотом , не змочується водою , поверхневий шар

води прогинається під тиском лапки , утворюючи невелике поглиблення . Подібним чином переміщуються

берегові павуки деяких видів , але їх лапки розташовуються не паралельно поверхні води , як у водомірок , а

під прямим кутом до неї . Деякі тварини, що живуть у воді , але не мають зябер , підвішуються знизу до

поверхневої плівки води з допомогою не змочуються щетинок , що оточують їх органи дихання. Цим

прийомом « користуються » личинки комарів (у тому числі і малярійних ) . Пір'я і пух водоплавних птахів

завжди рясно змащені жировими виділеннями особливих залоз , що пояснює їх непромокальність . Товстий

шар повітря , укладений між пір'ям качки і не витісняється звідти водою , не тільки захищає качку від втрати

тепла , а й надзвичайно збільшує запас плавучості , діючи подібно рятувального пояса . Воскоподібні наліт на

листках перешкоджає заливці так званих продихів , яке могло б призвести до порушення правильного

диханіярастеній.Налічіем того ж воскового нальоту пояснюється водонепроникність солом'яної покрівлі ,

копиці сіна і т.д.

Повідомлення 2 . « Капілярні явища в рослинному світі». Основний споживає вологу орган , де постійно

потрібна вода , в тому числі для фотосинтезу , - це лист, розташований далеко від кореня . Крім того , лист

оточений повітрям , який часто « забирає » у нього воду , щоб « насититися » водяними парами. Виникає

протиріччя: листу вода потрібна постійно , але він її весь час втрачає , а корінь постійно має воду в надлишку ,

хоча не проти від неї позбутися. Вирішення цієї проблеми очевидно: треба перекачати надлишок води з

кореня в листя . Роль такого водопроводу бере на себе стебло. Він доставляє воду до листя по спеціальних

трубочках - капілярах. У покритонасінних вони найдосконаліші і являють собою довгі ( в зростання самої

рослини ) порожнисті судини , стінки яких вистелені целюлозою і лігніном . Система таких провідних судин

називається ксилемою (від грец [ КСИЛОН ] - . Дерево , дерев'яний брусок ) .Якщо в просвіті судин ксилеми

кореня сконцентрувати мінеральні речовини , які всмоктав корінь з грунту , в ксиліт з навколишніх клітин

кореня за механізмом осмосу спрямовується вода .Механізм « водокачки » складається з двох осмотичних

насосів і капілярних сил стінок судин.Повідомлення 5 . « Кровоносні судини» . Все тіло пронизують кровоносні

судини. За будовою вони неоднакові. Артерії - це судини , по яких рухається кров від серця. Вони мають щільні

пружні еластичні стінки , до складу яких входять гладкі м'язи . Скорочуючи, серце викидає в артерію кров під

великим тиском. Завдяки щільності і пружності стінки артерії витримують цей тиск і розтягуються.Крупні

артерії в міру віддалення від серця гілкуються. Найдрібніші артерії розпадаються на найтонші капіляри. Їх

стінки утворені одним шаром плоских клітин. Крізь стінки капілярів речовини , розчинені в плазмі крові ,

проходять в тканинну рідину , а з неї потрапляють в клітини . Продукти життєдіяльності клітин проникають

крізь стінки капілярів з тканинної рідини в кров. В організмі людини приблизно 150 мільярдів капілярів. Якщо

все капіляри витягнути в одну лінію , то нею можна оперезати земну кулю по екватору два з половиною рази .

Кров з капілярів збирається у вени - судини , по яких кров рухається до серця. Тиск у венах невелика, стінки їх

тонше стінок артерій.

Повідомлення 3 . « Капілярні явища в природі ». Більшість рослинних і тваринних тканин пронизано

величезним числом капілярних судин. Саме в капілярах відбуваються основні процеси, пов'язані з диханням і

живленням організму , вся складна хімія життя тісно пов'язана з дифузійними явищами. Стовбури дерев , гілки

та стебла рослин пронизані величезною кількістю капілярних трубочок , по яких поживні речовини

піднімаються до самих верхніх листочків. Коренева система рослин закінчується найтоншими нитками -

капілярами . І сам грунт , джерело живлення для кореня , може бути представлена,як сукупність капілярних

трубочок , по яких залежно від структури та обробки швидше або повільніше піднімається до поверхні вода з

розчиненими в ній речовинами . Висота підйому рідини в капілярах тим більше , чим менше його діаметр .

Звідси ясно , що для збереження вологи треба грунт перекопувати , а для осушення - утрамбовувати .

Повідомлення 4. «Вивчення капілярних властивостей грунту».

Близько 10 тис. років тому людина здійснив « неолітичну революцію » : перебуваючи під загрозою голоду , він

різко змінив спосіб свого існування. Виснаживши мисливські угіддя , наші предки - мисливці та збирачі - були

змушені зайнятися скотарством і землеробством. Протягом століть стихійно складалися і переходили з

покоління в покоління прийоми обробки землі. Згодом цей досвід стали записувати і передавати у спадок ,

постійно доповнюючи його . Він з'явився відправною точкою для агрономії - галузі науки, що має справу з

найбільш важливою властивістю грунту - родючістю , тобто здатністю забезпечувати рослини мінеральним

живленням , вологою , повітрям і внаслідок цього давати врожай . З давніх часів люди найбільш ретельно

вивчали самий верхній шар грунту - орний , - де знаходяться корені рослин.

Добре відомо , як швидко вбирається вода в пляжний пісок. Вбирається і тут же , як крізь сито , просочується

вглиб. А ось глина практично не пропускає воду. Недарма з неї роблять посуд , причому в глибоку давнину

виліплені з глини судини і котли навіть не обпалювали на вогні.

Практично жодна грунт не складається цілком з піску або цілком із глини. У кожній вони присутні разом , але в

різних співвідношеннях , наприклад , 35 % піску та 65 % глини. За цим співвідношенням судять про механічне

складі грунту. Якщо в ній переважають великі частинки піску , говорять про легкої піщаному грунті , якщо

багато дрібних глинистих - про важку глинистому грунті . Якщо частки піску і глини приблизно однакові, то такі

грунти називають суглинними . Механічний склад і капілярність грунту сильно впливає на її родючість. Чим

більше в ній міститься піску , тим слабкіше вона утримує воду. Чим більше в грунті глини , тим сильніше

утримується дорогоцінна волога , але гірше надходить повітря .

Капілярні властивості грунту можна перевірити таким способом. Взяти проби грунту : для цього бездонний

прямокутний пустотіла склянка з органічного скла розміром 20 20 50 см опускають в грунт на глибину 30-40

см. Взяту пробу просушують в муфельній печі або близько обігрівального приладу . Далі поміщають нижній

зріз у воду на 1-2 см і залишають на 1-3 години . Після цього вимірюють висоту підняття води в грунті і

розраховують товщину капілярів.

1. Практична частина - дослідницька робота в групах.

Інструктаж по ТБ згідно затвердженої інструкції.

Вивчивши літературу , провести наступний експеримент . Взяти набори паперових

серветок , туалетного паперуових носових хусток , паперових рушників різних

виробників . Вийняти по одному примірнику і виготовити зразки для дослідження.

Для цього вирізати з них смужки довжиною 10 см і шириною 2 см. На відстані 3 см

від кінця зразка провести лінію. Взяти посудину з водою і по черзі опускати зразки

в воду, так щоб рівень води збігався з проведеною лінією. Після того , як вода

переставати підніматися за зразком , треба винути і вимірювати висоту підняття

рідини від прокресленою лінії до сухого ділянки. Це занести в таблицю . Такі

досліди провести з кожним зразком.

1 . Дослідження капілярних властивостей туалетного паперу . В даний час

випускається багато видів туалетного паперу: одношарова , двошарова , гладка ,

перфорована , тиснений , кольорова і т.д. Виробники та продавці рекламують свій

товар як тільки можуть , в тому числі і по телевізору. Але , на жаль , не завжди зміст

реклами відповідає дійсності. Красиві епітети «легка , як пір'їнка » або « ніжна , немов

оксамит » ні про що конкретне не говорять. Тому цікаво було б перевірити якість

туалетного паперу в лабораторних експериментах.

Як відомо , змочуючі рідини по капілярах піднімаються , долаючи силу тяжіння , на

висоту , де - коефіцієнт поверхневого натягу рідини , - щільність води , g -

прискорення вільного падіння , d - діаметр капіляра . Чим тонше капіляр , тим висота

підняття більше. На висоту впливають також щільність рідини і її коефіцієнт

поверхневого натягу. Важливо , що якщо капіляр нахилений до поверхні рідини , то

висота підняття рідини від величини кута нахилу не залежить. Із зменшенням цього

кута збільшується довжина lстолбіка рідини в капілярі , але не висота підняття. При

похилому положенні капіляра висота підняття і довжина стовпчика рідини в капілярі

пов'язані простою залежністю h = l sin . Це означає , що як би не розташовувалися

капіляри в волокнистої або пористій структурі (строго вертикально , під кутом до

вертикалі або навіть з розгалуженнями ) , висота підняття рідини буде залежати тільки

від , d , і g .

Висота підняття рідини в капілярі не залежить від кута нахилу капіляра щодо рівня

поверхні

Важливою властивістю туалетного паперу є впитиваемость , що говорить про середній

діаметрі капілярів в ній. Чим тонше капіляри , тим на більшу висоту ( глибину )

проникає в папір волога. Так як папір , в тому числі і туалетний, є продуктом

промислової переробки целюлози , то неможливо забезпечити суворе сталість діа -

метра капілярів. Тому мова йде саме про середню (або , як його ще називають ,

ефективному ) діаметрі.

У майбутніх дослідах в якості рідини буде використовуватися звичайна водопровідна

вода (щільність по таблиці 1000 кг/м3). Але це значення , строго кажучи , відповідає

дистильованої воді при температурі +4 ° С. З підвищенням температури відстань між

молекулами води збільшується , а густина води зменшується. Однак відмінність дуже

мало , і їм можна знехтувати.

Інша ситуація з коефіцієнтом поверхневого натягу. Його табличне значення для води

73 мН / м. Але це відповідає знову-таки дистильованої воді при температурі 20 ° С.

Інша температура і наявність у воді домішок впливають на значення коефіцієнта

поверхневого натягу дуже сильно , тому доведеться знаходити його значення

конкретно для тієї води , з якої проводитимуться експерименти. Вода повинна бути

приготована заздалегідь , щоб її температура була дорівнює температурі повітря в

кабінеті і протягом заняття вже не змінювалася.

Відомий ряд методів визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини , наприклад ,

виміром сили відриву дротяної рамки або кільця від поверхні рідини. Але найпростіше

визначити по висоті підняття рідини відомої щільності по капіляру відомого

внутрішнього діаметра . Єдина тонкість в цьому способі в тому , що для досить

точного визначення внутрішня поверхня капіляра повинна бути чистою. Якщо висота

стовпчика води , піднятого по капіляру , видна погано , то воду потрібно підфарбувати

чорнилом , але в цьому випадку і всі інші досліди слід проводити з такою ж

підфарбованою водою ( і при такій же концентрації чорнила) . Якщо в кабінеті немає

скляних капілярних трубок , можна використовувати прозорі трубочки для коктейлю.

Щоб прискорити процес підняття води, можна спочатку опустити трубку нижнім

кінцем до дна склянки, а потім трубку підняти - «зайва» вода виллється в стакан, а

залишиться лише стовпчик відповідної висоти. Цю висоту вимірюємо лінійкою

(пластмасової, щоб не намокала). Якщо ширина склянки дозволяє, то можна лінійку

помістити прямо в стакан, а якщо ні, то - зовні, ближче до стінки склянки. Не

забуваємо також, що висота стовпчика рідини вимірюється від поверхні води у

склянці до нижньої точки меніска в капілярі.

Як виміряти лінійкою висоту підняття води в капілярі

Будь авторитетна і незалежна експертиза проводиться анонімно , тобто досліднику

даються зразки продукції під номерами , а назви продукції та імена виготовлювачів

(або підроблювачів ) відомі (та й то не завжди! ) лише замовнику експертизи . Тому

досліджувані зразки мають бути пронумеровані. Краще дати тризначні номери , щоб

перша цифра відповідала сорту (виду) паперу , а 2 -а і 3-тя - номеру зразка. Учитель

знає коди номерів , а учні , як «незалежні експерти» , мають справу тільки з номерами.

Деякі складнощі виникають при нумерації зразків - олівцем , ручкою або фломастером

нанести номера не вдається , папір рветься , фарба від фломастера сильно

розпливається. Тому краще всього номера відштампувати , вирізавши штампи з гуми

товщиною 0,5-2 мм і наклеївши їх на колодку. Можна використовувати і готові

штампи , наприклад « нумератор » фірми « Trodat Gmbh ».

Тепер про те , як працювати з туалетним папером. Відрізки паперу , наприклад , трьох

видів , підвішуються за допомогою гардинових прищіпок до горизонтального

стрижня, закріпленого на штативі. Номери зразків повинні бути звернені до

експериментатору . Під металевим стрижнем володіємо кювети. Довжина підвішених

відрізків повинна бути такою , щоб нижній кінець злегка стосувався дна кювети - це

близько 20 см. Коли ви наллє в кювети воду шаром товщиною приблизно 1 см , нижні

кінці стрічок повинні зануритися , якщо ж вони спливуть , притопити їх.

В якості кювет можна використовувати зовнішні блюдця від чашок Петрі. Підійдуть і

невеликі пластмасові кювети під салатів фабричного виготовлення , оптимальний

діаметр 11-13 см. Дуже зручні кювети шестикутної , в плані , форми (з-під холодцю

фабричного виготовлення).

Як тільки кінці туалетного паперу виявляться у воді , вода відразу ж починає

підніматися по капілярах . Цей процес може тривати 4-5 годин. Згадаймо старі

підручники: для визначення ефективного діаметра капілярів в фільтрувальної папері

або пористому картоні рекомендувалося саме такий час . Але туалетний папір зручна

тим , що вода піднімається відразу ( за 15-20 хв) майже на максимальну висоту. Цим

часом і слід обмежитися в експерименті .

Установка з трьома зразками

Після закінчення часу намокання паперу необхідно виміряти висоту підняття води в

кожному зразку . Потім за формулою потрібно розрахувати величину середнього

діаметра капілярів для кожного зразка. Прискорення вільного падіння краще прийняти

рівним 9,8 м/с2.

Всі отримані дані для наочності і зручності подальшого аналізу краще звести в

таблицю . Автор , наприклад , досліджував 7 Cорт паперу різних виробників , як

вітчизняних , у тому числі і по зарубіжної технології , так і чисто закордонних. У

розглянутому прикладі лідером є туалетний папір « Kleenex » , двошарова (

польського виробництва ) - вона має найтонші капіляри і вбирає воду найкраще.

Замислимося про «відстаючих ». Звичайно , всі вони воду вбирають , що вказує на

наявність капілярів. Але правдоподібні чи розраховані величини діаметрів ? Товщина

листа сухий одношарової туалетного паперу близько 0,1 мм , двошарової - 0,15 ... 0,2

мм. У воді капіляри розправляться і наповняться водою - папір стане товщі . Але і в

цьому випадку товщина не більше 0,5 мм. Проте досвід і розрахунки показують , що

діаметр капілярів в ряді сортів паперу повинен бути більше ...

Про що свідчить така невідповідність ? Капіляри повинні мати діаметр трохи менше

0,5 мм. Але тоді і вода по таких капілярах повинна піднятися на велику висоту ! Чому

ж вода не піднімається ? А тому , що капіляри в « відстає » паперу не суцільні , на

відміну від « лідируючої » , а перериваються , - для рідини немає « наскрізних шляхів

» знизу вгору ( крім того , в них може залишатися повітря). Напевно , якось

«поліпшити » ситуацію могла б дифузія молекул води крізь стінки капілярів ( адже

вони не синтетичні , а рослинного походження). Але дифузія якщо й можлива , то

дуже слабка і тривала.

Капіляри в хорошій (ліворуч) і поганий (праворуч) туалетному папері

У розглянутих прикладах папір , крім 1 і 7 , одношарова . Але і деякі одношарові

марки показують непогані результати , наприклад , «ЕКО» , - папір чисто російського

виробництва. Що ж до двошарового паперу ( польської « Kleenex » або російської «

Big Soft »), то вона дійсно краще , але , мабуть , саме через двох шарів. Якщо ж

верстви акуратно розділити , то результати виявляться навіть гірше: один шар

двошарового паперу тонше одношарової , отже , коротше капілярні ланцюжка.

У чому ж секрет відмінних капілярних властивостей паперу саме в двошаровому

варіанті ? А він - у проміжку між шарами , який грає роль капілярної щілини. Недарма

ж за двошаровою папері вода піднімається вище за все в тих місцях , де зроблено

тиснення ( для скріплення шарів) - там щілину між шарами вже всього .

Таким чином , можна зробити висновок про те , що якщо у одношарової папери

впитиваемость забезпечується капілярами , то у двошарової - проміжком між шарами.

№

Назва

Сор

Число

шарів

Виробни

h, мм;

Ϭ = 61

мН/м;20

мин

Розрахунк

овий

середній

діаметр

капіляра,

мм

Товщина

листа

сухого

паперу, мм

Оцінка

якості

вбирання

вологи

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Зразок 1

Зразок 2

Зразок 3

Зразок 4

Скачать материал

Конспект занятия "Капілярність. Капілярні явища" 10 класс

Физика - еще материалы к урокам:

Предметы

Похожие материалы