Meniskus in U-förmiger Kapillare?

Wie sieht der Meniskus bei einer U-förmigen Kapillare aus?

Aus ähnlichen Fragen habe ich gelernt, dass die Gesamthöhe (bezeichnet als h), die das Wasser in der ungekrümmten Kapillare erreicht, geringer ist als die Gesamtstrecke, die das Wasser in der gebogenen Kapillare zurücklegt, weil die Schwerkraft Wasser weiter "zieht". nach unten.

Unter der Annahme, dass dies zutrifft (korrigieren Sie mich, wenn dies nicht der Fall ist), fließt das Wasser weiter durch die Biegung, bis es die Öffnung des Rohrs erreicht? Oder könnte es irgendwo vorher aufhören?

Angenommen, Wasser erreicht die Kapillaröffnung, wäre die Meniskusform wie A, B oder C? Ich habe gelesen, dass bei einer unzureichenden Kapillarrohrhöhe das Wasser oben aufhört und der Meniskus langsam immer konvexer wird, wobei die Grenze bei 0 Grad liegt (also ein flacher Meniskus). Da in einer U-förmigen Kapillare die Schwerkraft das Wasser nach unten zieht, dachte ich, dass der Meniskus wie C geformt sein wird.

Ich habe viele ähnliche Fragen wie diese gelesen, kann aber keine Antwort finden, also dachte ich, ich würde ein StackExchange-Konto erstellen, um zu fragen, haha. Vielen Dank im Voraus!Menisken oder Menisken???

Antworten (1)

Siehe Wikipedias „ Oberflächenkrümmung und Druck “ und die Erklärung und Berechnungen von „ Jurins Gesetz mit Glas und Wasser “ und „ Hysterese “. Exakte Ergebnisse erfordern Laborbedingungen mit sauberem, atomar glattem Glas und reinem Wasser, Oberflächenrauhigkeiten und Verunreinigungen verderben die Berechnungen.

Höhe eines Meniskus (Ihr erster (unbeschrifteter) Schlauch):

Das Wasser wird nur ansteigen H in einem geraden Kapillarrohr.

"Die Höhe H einer Flüssigkeitssäule ist durch das Gesetz von Jurin gegeben

H = 2 γ cos ⁡ θ ρ G R ,

Wo γ ist die Flüssigkeit-Luft-Oberflächenspannung (Kraft / Längeneinheit), θ ist der Kontaktwinkel, ρ ist die Dichte der Flüssigkeit (Masse / Volumen), G ist die lokale Erdbeschleunigung (Länge/Quadrat der Zeit[28]) und R ist der Rohrradius. Je dünner der Raum ist, in dem sich das Wasser bewegen kann, desto weiter steigt es auf.

Für ein mit Wasser gefülltes Glasröhrchen an Luft bei Standard-Laborbedingungen gilt: γ = 0,0728 N/m bei 20 °C, ρ = 1000 kg/m3 und G = 9,81 m/s2. Für diese Werte gilt die Höhe der Wassersäule

H ≈ 1.48 × 10 − 5 R   M .

Bei einem Glasrohr mit einem Radius von 2 m (6,6 Fuß) würde das Wasser unter den oben angegebenen Laborbedingungen also um unbemerkte 0,007 mm (0,00028 Zoll) ansteigen. Bei einem Rohr mit einem Radius von 2 cm (0,79 Zoll) würde das Wasser jedoch um 0,7 mm (0,028 Zoll) ansteigen, und bei einem Rohr mit einem Radius von 0,2 mm (0,0079 Zoll) würde das Wasser um 70 mm (2,8 Zoll) ansteigen.

Höhe vs. Durchmesser.Wasserhöhe in einer Kapillare aufgetragen gegen Kapillardurchmesser

Somit hat ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 0,2 mm und einer Länge von über 3 Zoll nur 2,8 Zoll, wenn sich Wasser darin befindet.

" Hysterese "

"... Flüssigkeit dringt über eine zuvor trockene Oberfläche vor, weicht jedoch von einer zuvor nassen Oberfläche zurück ...".

Das erste Rohr ist richtig gezeichnet, die Form ist C für die markierten Rohre (Vorrücken von einer zuvor nassen Oberfläche) und der Abstand ist H in allen Fällen. Wenn die Röhre viel länger wäre, mit Wasser gefüllt und das Ende niedriger als das Reservoir wäre, dann würden Sie einen Siphon und Wasser erhalten, das sich daran vorbei erstreckt H , sonst ungefähr H wo das Wasser aufhört (abhängig von den oben genannten Anforderungen).

Interessant, der Meniskus wäre also nach unten konvex. Vielen Dank für Ihre Antwort.
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