Капиллярная сила
В одной из последующих глав будет описано устройство струйного фильтра, для которого капиллярная сила воды – важное условие. Она является причиной того, что между капиллярами, а также между зернами фильтра, будь это частицы коралла, лавы или искусственный наполнитель, может удерживаться пленка воды и водяной столб. Ранее мы уже видели, что между молекулами воды из-за ее полярности возникают водородные мостики, причем один атом водорода связывается с одним атомом кислорода. Капиллярные взаимодействия происходят также у твердых веществ, которые содержат кислород, у таких, как оксид кремния (SiO2) в стекле или в кварце.
Молекулы воды притягиваются атомами кислорода в зернах фильтра так, что они прилипают к стенкам капилляра и притягивают другие молекулы воды. Вследствие этого уровень воды в капилляре поднимается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между капиллярной силой и силой тяжести.
Поверхностное натяжение
В природе поверхность воды – своеобразное жизненное пространство. Некоторые животные обитают в этой пограничной поверхность между двумя мирами. Водомер живет на поверхности воды так же, как человек на поверхности земли. Если рассмотреть этих насекомых внимательно, то окажется, что под каждой лапкой поверхность воды вдавлена, как батут под гимнастом. Известно, что даже легкое, как перышко, животное своим весом деформирует поверхность воды. Сила поверхностного натяжения воды достаточно велика, чтобы удерживать маленькое существо. Если мы двигаемся по поверхности воды от края сосуда или твердого тела, то молекулы воды могут ориентироваться относительно друг друга и держаться вместе на одном уровне. Если отдельные молекулы вследствие внешнего воздействия выходят из состояния равновесия, например, когда камень или капля воды нарушают его, то благодаря соседним «коллегам» оно тотчас приводится в соответствие. Поэтому мы не случайно говорим о водном зеркале.
Подобные механические силы называются натяжением и в этом особенном случае – поверхностным натяжением. При поверхностном натяжении, подобно капиллярной силе, также имеется состояние равновесия. Если для тела, находящегося на поверхности воды, сила тяжести на единицу площади меньше, чем поверхностное натяжение, то оно остается на поверхности воды. Если сила тяжести или энергия тела, которое с определенной скоростью падает на воду, превосходит поверхностное натяжение, то оно погружается в воду. Если предметы, касающиеся поверхности воды, имеют высокое сродство с водой, то есть обладают гидрофильностью, они будут частично нарушать поверхностное натяжение и погружаться в воду. Это следует учитывать.
Связь молекул воды уменьшается с увеличением температуры. Таким образом, легко понять, что поверхностное натяжение при высоких температурах гораздо меньше, чем при низких. Напротив, с повышением содержания солей возрастает поверхностное натяжение, хотя и в гораздо меньших размерах.
|
|
|
|
