נימיות – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
Keren - WMIL (שיחה | תרומות) עריכה לצורך מיזוג גרסאות |
Keren - WMIL (שיחה | תרומות) ביטול גרסה 29634511 של Keren - WMIL (שיחה) |
||
שורה 1:
{{איחוד|זרימה קפילרית|נימיות}}
[[קובץ:SurfacTension.PNG|ממוזער|250x250px|העלייה הקפילרית של [[מים]] (הנוזל שנמצא משמאל) גדולה יותר משל [[כוהל|אלכוהול]] (הנוזל שנמצא מימין), היות שלמים יש [[מתח פנים]] גדול יותר.]]
'''נימיות''' (או ב[[לעז]]: '''קפילריות''') היא יכולתו של [[נוזל]] לזרום במקום צר כגון במעלה [[צינור]] דקיק, בהיעדר כוחות חיצוניים ולעיתים אף בניגוד אליהם, לדוגמה, בניגוד ל[[כוח המשיכה]]. המונח משמש בעיקר בהקשר [[בוטניקה|בוטני]] כדרכם של [[צמח]]ים להניע נוזלים, אולם נימיות ניכרת גם ב[[נייר]]ות נקבובים וב[[סיב]]ים. מקור התופעה בכוחות המולקולריים החיצוניים בין הנוזל ופני השטח המוצקים שממנו עשוי הצינור.
בבסיס ההסבר לתופעה שני כוחות:
* [[קוהזיה]] - כוחות המשיכה הפנימיים בין מולקולות הנוזל, מעין "התלכדות" של המולקולות בתוך הנוזל. מונח זה מכונה גם "[[מתח פנים]]".
* [[אדהזיה]] - כוחות משיכה בין [[מולקולה|מולקולות]] הנוזל לאלו של החומר ממנו עשוי הצינור.
כאשר כוחות האדהזיה עולים על כוחות הקוהזיה, בולטים פני הנוזל לתוך החומר. אותם כוחות גורמים לחומרים נקבובים כמו [[ספוג]], לספוג לתוכם נוזלים. אם קוטרו של הצינור קטן, אז השילוב בין שני כוחות אלו גורם להרמת הנוזל.
מתקן המשמש לרוב להדגמת נימיות הוא צינור זכוכית דק. כאשר מוכנס הצינור לתוך נוזל בצורה אנכית, נוצרת בליטה של פני הנוזל לתוכו. [[מתח פנים|מתח הפנים]] של הנוזל יוצר הפרש לחצים על שפת הנוזל, כך שאם שפת הצינור מורטבת, הלחץ יגרום לנוזל להישאב לתוך הצינור הדקיק, עד ש[[הידרוסטטיקה#לחץ הידרוסטטי (לחץ זורמים במנוחה)|הלחץ ההידרוסטטי]] יאזנו.
== שימושיים פרקטיים ==
* תהליכים ביולוגיים וכימיים המתרחשים בצינורות דקיקים.
* זרימות נוזלים בחלל.
* ב[[עט נובע]] נעשה שימוש בעקרון הנימיות לצורך הזרמת הדיו בעט.
== היסטוריה ==
שורה 11 ⟵ 20:
לאחר מכן, חשבו [[יאקוב ברנולי]] ו[[:en:Honoré_Fabri|הונרי פאברי]] כי התופעה קשורה בעובדה שהאוויר איננו יכול להיכנס קפילרית בקלות כמו הנוזל, ולכן הלחץ באוויר קטן יותר בתוך התא הקפילרי. מדענים אחרים גדולים באותה תקופה, חשבו כי החלקיקים של הנוזל נמשכו אחד לשני ולקירות הקפילריים.
אף על פי שניסויים נמשכו עד למאה ה-18, ניסוי כמותי מוצלח של התורה הקפילרית לא הושג עד לשנת 1805 על ידי [[:en:Thomas_Young_(scientist)|תומאס יאנג]] ו[[:en:Pierre-Simon_Laplace|פיאר סימון לפלס]]. הם הגיעו
מסמכו הראשון של אלברט איינשטיין שפורסם בשנת 1900 עסק בנימיות. המאמר נקרא: "Folgerungen aus den Kapillaritätserscheinungen", בתרגום חופשי: "מסקנות מתופעת הנימיות".
== רקע פיזיקלי ==
=== לחץ יאנג-לפלס ===
[[משוואת יאנג-לפלס]] מתארת את קפיצת הלחץ בגבול בין שני זורמים (סטטיים או קרובים לסטטיים) עקב מתח פנים.
שורה 54 ⟵ 37:
כאשר:
* <math>{\Delta p}</math>הוא הפרש הלחץ לאורך משטח ההשקעה
* '''γ''' הוא מתח הפנים
שורה 60 ⟵ 42:
* <math>\mathbb{H}</math> הוא [[עקמומיות ממוצעת]]
* <math>\R_1</math> ו-<math>\R_2</math> הם [[רדיוס עקמומיות|רדיוסי העקמומיות]] הראשיים
[[קובץ:CapillaryDiagram.png|ממוזער|240x240px|תיאור הכוח שפועל על נקודות שונות בחומר בטיפה כדורית בתוך תווך של גז]]
כאשר יש בועת אוויר בתוך תווך של נוזל, רדיוס העקמומיות יהיה שלילי, כך שהלחץ באוויר יהיה גדול יותר. לעומת המצב בו יש בועת מים בתוך תווך של אוויר, אז הרדיוס עקמומיות יהיה חיובי, והלחץ דווקא בטיפה יהיה גדול משבאוויר. הדבר הזה מתקיים כיוון שעל מנת שהטיפה תשמור על צורתה המקורית המעגלית, ולא תתפזר במרחב, נדרש לחץ לכיוון מרכז הטיפה. את הנ"ל נוכל לבחון דרך האיור הבא:
* נקודה 1 מקבלת תנע שווה בכל הכיוונים.
* נקודה 2 מקבלת תנע שווה בכל הכיוונים.
שורה 69 ⟵ 50:
נגדיר מספר מספרים חסרי מימד שיעזרו לנו לאפיין את הבעיה:
*מספר וובר:
<math>We={{ \rho* U^2}\over{\gamma*r}}={{ inertsia }\over{Surface Tension}} </math>
*מספר קפילרי:
<math>Ca={{ \mu* U/r}\over{\gamma/r}}={{ viscosity }\over{Surface Tension}} </math>
*מספר בונד:
<math>Bo={{ \rho* g*r}\over{\gamma/r}}={{ Gravity }\over{Surface Tension}} </math>
שורה 85 ⟵ 60:
=== זווית הרטבה ===
[[קובץ
נסמן את זווית הרטבה ב-<math>\theta</math> ונגדיר:
* <math>\gamma_{lg} </math> -מתח פנים של המשטח בין הנוזל לגז
* <math>\gamma_{sg} </math>- מתח פנים של המשטח מוצק-גז
* <math>\gamma_{sl} </math>-מתח פנים של המשטח מוצק-נוזל
משיווי משקל על קו המגע מתקבל:
שורה 110 ⟵ 83:
נסמן את מתח הפנים ב-'''γ'''.
[[קובץ:TinyAmountOfWaterInStraw.PNG|ממוזער|טיפת מים בתוך צינורית, כאשר התווך הוא אוויר]]
ממשוואת יאנג לפלס ניתן למצוא את הפרש הלחצים בין הנוזל לאוויר, כאשר האוויר נמצא הן מעל והן מתחת בלחץ אטמוספירי, ומוכפל בוקטור הניצב למשטח:
שורה 121 ⟵ 96:
<math> P_{atm}-2*{{ \gamma* \cos\theta_r}\over{r}} =P_{atm}-2*{{ \gamma* \cos\theta_a}\over{r}}+\rho*L*g </math>
ונקבל:
<math> L_{max}={2*\gamma*[{ \cos\theta_a-\cos{\theta_r}}]\over{\rho g r}} </math> תופעה נפוצה נוספת היא עליית גובה נוזל בצינורית כאשר הוא מוכנס לתוך נוזל צמיגי. הנוזל בצינורית עולה בגובה עד שיאוזן על ידי הגרביטציה.
נסמן:
*<math>\scriptstyle \gamma </math> [[מתח פנים|מתח הפנים]] בין האוויר לנוזל (J/m² or N/m)
*''θ'' היא [[זווית מגע|זווית המגע]], זווית ההרטבה
*
*
*d רדיוס הצינור (m)
*h הגובה הסופי במיכל אותו נחפש.
[[קובץ:WaterInStraw.PNG|ממוזער|עליית נוזל צמיגי בקש כאשר הקש מוכנס בפיתאומיות לנוזל]]
נתבסס בבעיה שלנו על ההנחה כי מתקבלת ספירה בין [[אטמוספירת כדור הארץ|האוויר]] והנוזל הצמיגי, ולכן מבחינת העקמומיות הבאה לידי ביטוי במשוואת יאנג לפלס, <math>R_1= R_2</math>, כך שלמעשה נקבל : <math>dP= \gamma *2/r </math>.
שורה 156 ⟵ 130:
בחיבור בין סוגי חומרים מסוימים, כגון [[כספית]] ו[[זכוכית]], יחס הכוחות ביניהם הפוך, כלומר הקוהזיה עולה על האדהזיה. במקרים כזה נוצר שקע בפני הנוזל והנימיות פועלת לכיוון ההפוך.
== ניסויים המדגימים את התופעה ==
[[קובץ
* '''נוזל בקצה משטח''' - כתוצאה ממתח הפנים, אף על פי שחלק מהנוזל לא נמצא על המשטח, הנוזל יישאר על המשטח.
*
== מקורות ==
* "Fluid Mechanics" של Framk M.white seventh edition
* הרצאות של פרופסור משנה אמיר גת, טכניון
* Schlichting, H. - Boundary Layer Theory
* (National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF
==ראו גם==
*[[אזור קפילרי]]
==קישורים חיצוניים==
{{מיזמים|ויקימילון=נימיות|ויקימילון 2=קפילריות}}
[http://www.hayadan.org.il/qanda-010497 מהי נימיות? כיצד מים מטפסים במעלה הצמחים נגד כח המשיכה?] באתר [[הידען]], 1 באפריל 2000.
* {{בריטניקה}}
[[קטגוריה:הידרודינמיקה]]
| |||