Jacek Olender, I rok KiR

ĆWICZENIE V - SPRAWOZDANIE

Część teoretyczna

Ćwiczenie 5a i 5b

Zjawisko wzniesienia kapilarnego – jest to zjawisko podnoszenia się poziomu cieczy w rurkach kapilarnych (o niewielkiej średnicy). Jest spowodowane różnicą ciśnień atmosferycznych pomiędzy ciśnieniem nad naczyniem zewnętrznym, w którym zanurzona jest kapilara, a ciśnieniem wewnątrz rurki kapilarnej. Ciśnienie wewnątrz rurki, nad meniskiem, jest niższe niż ciśnienie nad naczyniem zewnętrznym , wobec czego ciecz podnosi się aż do momentu ustalenia równowagi. Różnica ciśnień jest spowodowana półkulistym (wklęsłym) kształtem menisku. Oznacza to, iż zjawisko kapilarne wynika bezpośrednio z nierównowagi sił adhezji (przylegania do ścianek kapilary), oraz kohezji (spójności wewnętrznej cieczy). Gdy siły adhezji są mniejsze od sił kohezji, powstaje menisk wypukły, który powoduje zwiększenie nacisku ciśnienia atmosferycznego i tym samym powoduje zjawisko obniżenia kapilarnego. Fakt ten ukazuje również współzależność zjawisk kapilarnych i napięcia powierzchniowego. Mechanizm wznoszenia i obniżania kapilarnego zależy od wielkości porów w materiale, w którym zjawisko zachodzi.

Ruchy kapilarne mogą odbywać się zarówno w pionie, jak i poziomie. Najszybciej zachodzi zjawisko obniżania kapilarnego, gdyż sumuje się z przyciąganiem ziemskim. Zjawiska kapilarne zachodzące w poziomie niejednokrotnie zachodzą ze znacznie większą szybkością i na znacznie większą odległość niż zjawiska kapilarne w pionie.

Pory – w materiałach porowatych występują drobne wolne przestrzenie, czyli pory. Od ich wielkości i ukierunkowania zależy rozległość i szybkość zachodzenia w materiale zjawisk kapilarnych. Zjawiska kapilarne zachodzą tylko w porach o średnicy od 1 μm do 1 mm, kiedy to już siły kapilarne przestają mieć wpływ i woda przepływa swobodnie. Pary cieczy i rozpuszczalników mogą przenikać do porów mniejszych niż 1 μm, gdzie stopniowo następuje ich kondensacja kapilarna.

Materiały porowate można podzielić ze względu na wielkość porów oraz ze względu na porowatość. Materiały drobnoporowate podciągają wodę powoli, jednak na większą odległość. Natomiast materiały o większych porach podciągają szybciej, jednak na mniejsze odległości.

Porowatość jest to łączna objętość porów w stosunku do objętości materiału, wyrażona w procentach.

Nasiąkliwość to zdolność wchłaniania wody przez kamień. Określa ja ilość wody wchłonięta przez kamień w normalnych warunkach atmosferycznych oraz w temperaturze pokojowej. Nasiąkliwość oznacza się nasycając wodą destylowaną próbkę kamienia wysuszoną do stałej masy. Nasycanie odbywa się początkowo przez nasiąkanie kapilarne, potem stopniowo przez zanurzanie całej próbki. Następnie porównuje się masę próbki suchej, oraz masę próbki nasiąkniętej wodą. Nasiąkliwość wyraża się w procentach wagowo -N_w, bądź objętościowo - N_o (porowatość otwarta). Oblicza się je ze wzorów:

, gdzie:

N_w – nasiąkliwość wagowa

M_H2O – masa próbki nasiąkniętej

M – masa próbki suchej

, gdzie

N_o – nasiąkliwość objętosciowa

M_H2O – masa próbki nasiąkniętej

M – masa próbki suchej

V – objętość próbki

d – gęstość cieczy nasiąkającej