Капиллярные эффекты
Капиллярные эффекты — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов
Капиллярные эффекты (капиллярное давление и капиллярная пропитка) — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов.
Если капилляр привести в контакт со смачивающей его поверхность жидкостью, то стремясь сократить избыточную поверхностную энергию, жидкость начнет самопроизвольно двигаться по капилляру.
В вертикальном капилляре жидкость будет подниматься до тех пор, пока поверхностные силы не будут уравновешены весом столба жидкости.
Высоту столба жидкости можно охарактеризовать гидростатическим давлением, соответственно уравновешивающие его в капилляре поверхностные силы можно представить как капиллярное давление.
Капиллярное давление рк связано с радиусом капилляра следующим соотношением:
Капиллярное давление выражает разность давления в смачивающей и несмачивающей фазах.
Оно направлено в сторону Iнамачивающейся фазы.
В зависимости от характера смачиваемости породы капиллярное давление может способствовать вытеснению нефти из породы или же препятствовать ему.
Под действием капиллярного давления смачивающая фаза может самопроизвольно впитываться в пористую среду, вытесняя из нее несмачивающую фазу.
Так как смачивающая жидкость обладает меньшей свободной поверхностной энергией, а мелкие поры — большей удельной поверхностью, то смачивающая и несмачивающая фазы самопроизвольно перераспределяются в пористой среде таким образом, чтобы смачивающая фаза занимала мелкие поры, а не смачивающая — крупные. При таком распределении фаз достигается минимум свободной поверхностной энергии.
Явление, при котором смачивающая жидкость внедряется в пористую среду исключительно под действием капиллярных сил, называется капиллярной пропиткой.
Характер вытеснения нефти водой в гидрофобном (а) и гидрофильном (б) пластах
На рисунке показан характер вытеснения нефти водой из гидрофобного и гидрофильного пластов.
В гидрофобной породе вода как несмачивающая фаза движется по наиболее широким порам, а нефть — смачивающая фаза, покрывает поверхность зерен и остается в сужениях поровых каналов.
Капиллярное давление, направленное в сторону несмачивающей фазы (воды), препятствует проникновению воды в мелкие поры, занятые нефтью.
В гидрофильной породе вода под действием капиллярного давления вытесняет нефть из сужений в крупные поры.
В них нефть после вытеснения остается в виде отдельных капель, окруженных водной фазой.
Общее количество остаточной нефти в гидрофильных коллекторах значительно меньше по сравнению с гидрофобными.
Особенно важную роль капиллярная пропитка играет в породах с сильно неоднородными коллекторскими свойствами и пористо-трещинноватых коллекторах.
Капиллярный эффект
Капилля́рность (от лат. capillaris — волосяной), капиллярный эффект — физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке.
На основе капилярности основана жизнедеятельность животных и растений, химические технологии, бытовые явления (например, подъём керосина по фитилю в керосиновой лампе, вытирание рук полотенцем). Капиллярность почвы определяется скоростью, с которой вода поднимается в почве и зависит от размера промежутков между почвенными частицами.
Капиллярами назваются тонкие трубки, а также самые тонкие сосуды в организме человека и других животных (см. Капилляр (биология)).
См. также
Литература
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Капиллярный эффект» в других словарях:
Капиллярность — Капиллярный эффект Капиллярность (от лат. capillaris волосяной), капиллярный эффект физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять ур … Википедия
Капилляр (физика) — Капиллярный эффект Капиллярность (от лат. capillaris волосяной), капиллярный эффект физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие жидкости… … Википедия
Государственный реестр открытий СССР — Государственный реестр открытий СССР систематизированный свод документированной информации о научных открытиях, зарегистрированных в СССР с 1957 по 1991. Содержание 1 История регистрации и охраны научных открытий … Википедия
Капилляр (значения) — Слово капилляр применяется для обозначения очень узких трубок, через которые может проходить жидкость. Подробнее смотри в статье Капиллярный эффект. Капилляр (биология) самый мелкий вид кровеносных сосудов. Капилляр (физика) Капиллярный… … Википедия
Тепловые трубки — Алюминиевый радиатор с тепловыми трубками Тепловые трубки (англ. heat pipe) элемент системы охлаждения, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди) находится легкоиспаряющаяся … Википедия
ультразвуковая очистка — Обработка поверхности основного покрываемого металла в моющем растворе в ультразвуковом поле для удаления механических и химических загрязнений. [ГОСТ 9.008 82] ультразвуковая очистка Очистка органическими растворителями, водой или водными… … Справочник технического переводчика
ВВГБТАТНВЦ-АЯ — HEt BHiH С И С ГОД 4 U ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕГПНАН CIH TFMA III й*гл*. 4411^1. Jinn РИ»И рягцхш^чпт* dj ^LbH [ljii vmrlu+W 0*1 WII» *П* ЬмК Риг, П. С«ема хала волокон симпатической системы (вариант no Toldt y н MQltcr y), 1 нс, 12,… … Большая медицинская энциклопедия
Поро́ки се́рдца приобретённые — Пороки сердца приобретенные органические изменения клапанов или дефекты перегородок сердца, возникающие вследствие заболеваний или травм. Связанные с пороками сердца нарушения внутрисердечной гемодинамики формируют патологические состояния,… … Медицинская энциклопедия
Сердце — I Сердце Сердце (лат. соr, греч. cardia) полый фиброзно мышечный орган, который, функционируя как насос, обеспечивает движение крови а системе кровообращения. Анатомия Сердце находится в переднем средостении (Средостение) в Перикарде между… … Медицинская энциклопедия
Аналитическая химия — Содержание … Википедия
Физики объяснили капиллярный эффект в твердых телах
Моделирование капиллярного эффекта, возникающего при движении трубы в контейнере с частицами
Fengxian Fan et al. / Physical Review Letters, 2017
Международная группа ученых из Германии и Китая с помощью численного моделирования объяснила механизм капиллярного эффекта в мелкодисперсных сыпучих средах, таких, как песок. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Капиллярный эффект заключается в подъеме или опускании жидкости в узких каналах или пористых телах. Это происходит за счет того, что жидкость стремится смочить поверхность канала и подняться вверх, несмотря на силу притяжения. На этом эффекте основано множество бытовых явлений, таких, как впитывание жидкости с рук полотенцем, шариковая ручка, постоянно «подкачивающая» чернила из стержня и другие.
Похожий на капиллярный эффект можно наблюдать в мелкодисперсных сыпучих материалах, таких, как мелкий песок. При наличии вибрации такие материалы поднимаются вверх по капиллярам подобно жидкости. Долгое время оставалось неясным, каков механизм этого эффекта в сыпучих материалах.
Для того, чтобы выяснить это, ученые решили использовать высокоточное математическое моделирование. Исследователи создали виртуальный контейнер, заполненный сферическими частицами с диаметром 0,6 миллиметров. В центр контейнера помещалась трубка с диаметром восемь миллиметров. Затем симулировалось движение трубки вверх-вниз с частотой в несколько герц, в результате чего частицы поднимались вверх по трубке на высоту в несколько сантиметров, причем дальнейшее моделирование показало, что высота подъема (по сути, величина, аналогичная высоте подъема мениска в жидкостях) зависит от диаметра трубки по-разному. В одном случае зависимость аналогична таковой в жидкостях, и описывается формулой Жюрена. В другом она линейна, и такое поведение не встречается в жидкостях. Зависимость определялась соотношением размера трубки и размера частиц.
Зависимость высоты подъема частиц от времени
Fengxian Fan et al. / Physical Review Letters, 2017
Что такое капиллярный эффект
Поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами. Молекулы жидкости в этом слое находятся в непосредственной близости от другой фазы – газа. Молекула, расположенная вблизи границы раздела жидкость – газ, имеет ближайших соседей только с одной стороны, поэтому сложение всех сил, действующих на эту молекулу, дает равнодействующую, направленную внутрь жидкости. Следовательно, любая молекула жидкости, находящаяся вблизи свободной поверхности, имеет избыток потенциальной энергии, по сравнению с молекулами, находящимися внутри.
Для того чтобы перевести молекулу из объема жидкости на поверхность, необходимо совершить работу. При увеличении поверхности определенного объема жидкости внутренняя энергия жидкости увеличивается. Эта составляющая внутренней энергии пропорциональна площади поверхности жидкости и называется поверхностной энергией. Величина поверхностной энергии зависит от сил молекулярного взаимодействия и количества ближайших соседних молекул. Для различных веществ поверхностная энергия принимает разные значения. Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади: Е= σ ·Ѕ
Величина силы F, действующей на единицу длины границы поверхности, определяет поверхностное натяжение жидкости: σ = F / L ; σ- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м.
Можно осторожно положить швейную иглу на поверхность воды. Поверхностная пленка прогнется и не даст игле утонуть.
П о этой же причине легкие насекомые – водомерки могут быстро скользить по поверхности воды. Прогиб пленки не позволяет выливаться воде, осторожно налитой в достаточно частое решето.Ткань – это то же решето, образованное переплетением нитей. Поверхностное натяжение сильно затрудняет просачивание воды сквозь нее, и поэтому ткань не промокает мгновенно. Благодаря силам поверхностного натяжения происходит образование пены.
Изменение поверхностного натяжения
При соприкосновении жидкости с твердым телом наблюдается явление смачивания или несмачивания. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами жидкости, то жидкость растекается по поверхности твердого тела, т.е. смачивает и наоборот, если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твердого тела, то жидкость собирается в каплю и не смачивает поверхность жидкости.
В природе часто встречаются тела, имеющие пористое строение (пронизаны множеством мелких каналов). Такую структуру имеют бумага, кожа, дерево, почва, многие строительные материалы. Вода или другая жидкость, попадая на такое твердое тело, может впитываться в него, поднимаясь вверх на большую высоту. Так поднимается влага в стеблях растений, керосин поднимается по фитилю, ткань впитывает влагу. Такие явления называются капиллярными.
В узкой цилиндрической трубке смачивающая жидкость за счет сил молекулярного взаимодействия поднимается вверх, принимая вогнутую форму. Под вогнутой поверхностью появляется дополнительное давление, направленное вверх, в связи с чем уровень жидкости в капилляре выше уровня свободной поверхности. Несмачивающая же жидкость принимает выпуклую поверхность. Под выпуклой поверхностью жидкости возникает обратное дополнительное давление, направленное вниз, так что уровень жидкости с выпуклым мениском ниже, чем уровень свободной поверхности.
Величина добавочного давления равна p= 2 σ / R
Жидкость в капилляре поднимается на такую высоту, чтобы давление столба жидкости уравновесило избыточное давление. Высота подъема жидкости в капилляре равна: h = 2 σ / ρgr
Значение поверхностного натяжения
В медицине измеряют динамическое и равновесное поверхностное натяжение сыворотки венозной крови, по которым можно диагностировать заболевание и вести контроль над проводимым лечением. Установлено, что вода с низким поверхностным натяжением биологически более доступна. Она легче вступает в молекулярные взаимодействия, тогда клеткам не надо будет тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения.
Непрерывно растут объёмы печати на полимерных плёнках благодаря бурному развитию упаковочной индустрии, высокому спросу на потребительские товары в красочной полимерной упаковке. Важное условие грамотного внедрения подобных технологий — точное определение условий их применения в полиграфических процессах. В полиграфии обработка пластика перед печатью необходима для того, чтобы краска ложилась на материал. Причина заключается в поверхностном натяжении материала. Результат определяется тем, как жидкость смачивает поверхность изделия. Смачивание считается оптимальным, когда капля жидкости остается там же, где она была нанесена. В других случаях жидкость может скатываться в каплю, либо, наоборот, растекаться. Оба случая в равной степени приводят к отрицательным результатам во время переноса краски.
Наше второе сердце – все о капиллярах
Нас очень часто волнует состояние сосудов – все мы знаем, что проблемы с ними могут привести к самым неприятным болезням, включая инсульт, варикоз, инфаркт. И практически никого не интересует – а в каком состоянии у него находятся капилляры? К капиллярам мы относимся несерьезно. И совершенно напрасно. Оказывается, именно они отвечают за наше здоровье и правильную работу системы кровообращения.
Что такое капилляры?
Капилляры – мельчайшие кровеносные сосуды, пронизывающие весь наш организм. Август Крог вычислил, что длина всех капилляров составляет почти 100 000 км. В одних только почках капилляров находится 60 км.
Их невозможно увидеть невооруженным глазом и поэтому они способны доставить кровь, а значит и питательные вещества и кислород везде. Они охватывают наше тело, словно паутина. Если прекращается капиллярное кровообращение в какой-то части тела, там прекращается приток кислорода и питательных веществ. Ткани начинают голодать и затем отмирают. Отсюда следует, что капилляры играют в организме важнейшую роль. По большому счету они даже важнее, чем крупные сосуды, ибо только они могут доставить кровь в самые отдаленные уголки тела. В чем же еще заключается роль капилляров? Об этом поговорим на нашем сайте a2news.ru.
Диаметр капилляров от 5 до 30 мк. Более того, эти сосуды обладают удивительной способностью – они могут менять свой диаметр почти в 2-3 раза, расширяясь или сужаясь. Если капилляры сужаются до минимума, то они не пропустят даже кровяные тельца – только плазму крови. Когда капилляры расширяются до предела, то в их просвет прекрасно попадают красные и белые кровяные тельца.
Еще клетки капиллярных сосудов способны к фагоцитозу, чего не могут клетки иных сосудов. Они могут пожирать постаревшие эритроциты, холестериновые отложения, микроорганизмы. Сквозь стенки капилляров могут проникать питательные вещества, плазма крови – именно благодаря этому качеству и происходит питание тканей организма.
Сужение и расширение капилляров крайне важно для нас. Интересно, что они сокращаются в унисон с остальными сосудами. Согласно исследованиям, сужение капилляров сопровождает повышение давления, а их расширение – понижение. Любые процессы, протекающие в организме, сопровождаются сужением или расширением капилляров.
Если в организме все хорошо, то капилляры пропускают молекулы небольших размеров, то есть только то, что они и должны доставлять – газы, соли, воду. Как только появляется воспаление или повреждаются капиллярные клетки, капилляры начинают пропускать гораздо большие молекулы. Проницаемость увеличивается, что мы видим сразу же, обнаруживая отеки. Либо спустя некоторое время сталкиваясь с последствиями зашлакованности тканей, накопления в них продуктов распада, холестериновых отходов, пигментов, жиров.
Великий физиолог и врач А. Залманов называл капилляры вторым сердцем. Он отводил главную роль в кровообращении именно капиллярам, которые, постоянно сокращаясь и расширяясь, доставляют кровь к каждой клетке тела. Это предположение подтвердили в 1936 году Вейсс и Ванг, увидев работу сосудиков методом капилляроскопии. Французские исследователи Расин и Барух исследовали состояние капилляров при помощи капилляроскопии у многих больных. Они обнаружили, что синдром хронической усталости и слабость сопровождаются тоже нарушением капиллярной циркуляции крови в тканях.
Интересно, что утром капилляры имеют меньший диаметр, а вечером расширяются. Именно с этим и связано ускорение обмена веществ к вечеру и повышение температуры. Зимой и осенью капилляры сужаются сильнее, чем летом. Некоторые исследователи считают, что именно в этом и кроется причина того, что многие болезни обостряются именно в этот период. Во время рентгенотерапии число кожных капилляров сокращается. И это тоже лежит в основе того, что после этой процедуры люди чувствуют себя нехорошо.
На основании изучения роли капилляров Залманов сделал вывод, что в развитии многих болезней повинно нарушение работы капилляров. Разбалансированное их сокращение и отмирание или закупорка приводят к болезням и смерти. При этом человек стареет и умирает от всем известных болезней старости. А причиной старения оказывается старение и нарушение работы капилляров. Последователи Залманова утверждают, что без изучения капилляров и их роли медицина так и не разберется в истинных причинах, приводящих к болезням. В подтверждение этого мнения надо сказать, что до сих пор о многих болезнях говорится: причина их возникновения (этиология) доподлинно неизвестна.
Если коротко резюмировать, то капилляры призваны обеспечивать полноценный обмен веществ, газообмен в тканях, участвуют в синтезе белков, переработке стареющих клеток, являются барьером на пути инфекций.
К чему приводит нарушение работы капилляров
Уже доказано, что варикозное расширение вен начинается с нарушения кровообращения в венозных капиллярах. И только потом процесс возникает в других, более крупных венах.
Самые загадочные и трудно поддающиеся лечению болезнь Рейно и синдром Меньера, проявляющийся стойкими головокружениями, характеризуются застоем и спазмом капилляров. Вообще исследователи обнаружили нарушения работы капилляров при самом огромном количестве болезней, начиная от гриппа и дифтерии и заканчивая почечной эклампсией и вегетососудистой дистонией.
Что же происходит с капиллярами? При определенных условиях мембраны клеток, из которых состоят капилляры, утолщаются, и тогда капилляры становятся непроницаемыми. В других случаях клетки сморщиваются и расстояние между ними увеличивается – капилляры, наоборот, становятся слишком проницаемыми. Это часто происходит при воспалительных заболеваниях и травмах. Календарь всегда будет нужным подарком, а если его украсить каллажом из фото с вами и вашими близкими, то это будет вдвойне приятно. Индивидуальный дизайн для вашего календаря сделают на сайте http://copy.spb.ru/poligr_prod/kalendari/ и вы станете обладателем уникального сувенира. Кроме того, в Копицентре есть возможность воспользоваться доставкой по СПб, поэтому вам не обязательно ехать за готовым заказом. Вот тогда и появляются отеки. Клетки также могут набухать либо разрушаться.
Изменения клеток и мембран капилляров, по последним сведениям, лежат в основе таких болезней, как:
слоновость;
флебит;
артериит;
перикардит;
эндокардит;
инфаркт;
легочные болезни;
нефрит;
пиелонефрит;
нефроз;
болезни ЖКТ;
глаукома;
катаракта;
экзема
Ряд исследователей утверждает, что в основе всех болезней в той или иной степени лежит нарушение работы капилляров. Чтобы успешно вылечить болезнь, надо в первую очередь восстановить проницаемость капилляров и их здоровое состояние.
Дыхание всех клеток нашего тела, их питание и жизнь зависят от состояния капиллярной системы. Но современная медицина почти забыла об этой важной роли капиллярной системы, увлекшись медикаментозным воздействием, которое больше напоминает залатывание дыр и последствий нарушений, а не комплексное лечение их причин. Теперь приходит время вспомнить старые учебники физиологии и переоценить роль и значение капиллярной системы.
Когда орган тела находится в состоянии покоя, то множество его капилляров сужены и почти не работают. Как только наступает состояние активности, то капилляры расширяются и начинают усиленно снабжать кровью орган. Иногда кровоснабжение увеличивается в 700 раз!
В капиллярной системе находится 80 % всего объема крови.
В состоянии покоя только четверть всех капилляров работает. При активности начинает работать вся капиллярная система.
Как вернуть здоровье капиллярам
Доктор Залманов искренне считал, что в основе старения лежит старение капиллярной сети, вернее, постепенное ее угасание и выход из строя все больших и больших ее участков. Выключение капилляров и их закрытие постепенно приводят к тому, что нарушается обмен веществ, организм перестает обновляться так, как в юности, и дряхлеет. Болезни, развивающиеся из-за нарушения работы капилляров, довершают дело.
Что же делать, чтобы разомкнуть порочный круг и не допустить развития инфаркта, инсульта и прочих неприятных болезней старости? Вернуть молодость капиллярной сети! Многие исследователи, включая Залманова, разработали метод омоложения капилляров.
1. Специальные упражнения
Для тренировки и раскрытия капилляров разработаны простые, но действенные упражнения. Самое легкое из них – вибрация. Это упражнение заключается в том, что в положении лежа поднимаются вверх руки и ноги и ими совершаются колебательные вибрирующие движения. Ежедневное выполнение этого упражнения утром активизирует работу капиллярной системы и омолаживает организм, ускоряет обменные процессы.
Хорошо укрепляет капилляры и оздоравливает их любая физическая активность.
Особенно приветствуется массаж с использованием иппликатора Кузнецова.
Обливание попеременно горячей и холодной водой оказывает волшебный эффект на капиллярную систему. Если при этом использовать специальную насадку на душ Алексеева, то эффект будет еще большим.
Русская баня с венечным массажем и контрастными обливаниями считается одним из самых лучших способов оздоровления сосудов.
4. Скипидарные ванны
Доктор Залманов предложил еще один способ раскрытия замерших капилляров – скипидарные ванны. Они позволяют расширить капилляры, открывают давно закрывшиеся сосуды, восстанавливают капиллярную сеть и способствуют общему оздоровлению организма.
Сегодня разработаны два вида скипидарных эмульсий – желтая и белая. Желтая эмульсия применяется для оздоровления людей, имеющих повышенное давление, белая – пониженное. Для комплексного воздействия советуют смешивать эмульсии в равных пропорциях.
Опять-таки польза от ванн будет только в том случае, если они делаются курсом, регулярно.