- HIỆN TƯỢNG MAO DẪN. - I.1 QUAN SÁT HIỆN TƯỢNG. - I.4 TÍNH ĐỘ CHÊNH LỆCH CỦA MỰC CHẤT LỎNG DO MAO DẪN. - MỘT SỐ VÍ DỤ VÀ ỨNG DỤNG VỀ HIỆN TƯỢNG MAO DẪN. - II.5 NƯỚC MẮT, HIỆN TƯỢNG Ù TAI, HIỆN TƯỢNG MÁU “SÔI. - Các hiện tượng vật lý dường như xuất hiện và được ứng dụng trong mọi mặt của đời sống chúng ta. - Nó như một thứ gia vị trong đời sống không thể thay cho thức ăn nhưng thiếu nó thì kém đi hiệu quả ăn uống .Có người biết rồi và cũng có người chưa biết biết thêm sẽ thấy thế giới kì diệu hơn..Có lẽ trong đời sống chúng ta đều gặp rất nhiều hiện tượng thú vị, tưởng chừng đơn giản nhưng thật không đơn giản chút nào. - Thế nhưng Vật lý lại có thể giúp ta giải thích, hiểu sâu và rõ hơn những thắc mắc đó. - Vậy tại sao rễ cây lại có thể hút nước và chất dinh dưỡng từ dưới đất sâu nuôi sống cây? Và có bao giờ bạn nghe nói gì về hoạt động mao dẫn?. - Hay bạn chỉ được học với những lí thuyết suông với suy nghĩ đó đơn giản chỉ là một hiện tượng nhỏ trong vô vàn những hiện tượng vật lý mà không có chút ấn tượng gì về hiện tượng này trong thực tế. - Có rất nhiều câu hỏi tương tự như vậy trong đời sống hằng ngày, nếu ta không chú ý thì không sao nhưng nếu tò mò muốn tìm cách giải đáp thì thật không đơn giản.Và tất cả câu hỏi về các hiện tượng trên do đâu mà có? Vâng, tất cả đều nhờ vào hiện tượng mao dẫn- một hiện tượng rất phổ biến trong lĩnh vực Nhiệt học. - Chắc hẳn mọi người đều hiểu khái niệm nhưng có mấy ai hiểu rõ về sự hiện diện của hiện tượng này trong thực tế . - Để giúp mọi người hiểu rõ hơn về hiện tượng mao dẫn, nó có đặc điểm gì, ứng dụng ra sao, chúng em sẽ trình bày về “ Hiện tượng mao dẫn”.. - Bài tiểu luận gồm hai phần:phần đầu giới thiệu về hiện tượng mao dẫn và phần hai quan trọng nhất nêu lên một số ứng dụng của hiện tượng mao dẫn.Có thể bài tiểu luận này chỉ giúp ta hiểu một mảng nhỏ của Vật Lý nhưng có lẽ đây cũng là một tài liệu tham khảo bổ ích cho các bạn.. - HIỆN TƯỢNG MAO DẪN I.1 QUAN SÁT HIỆN TƯỢNG. - Thí nghiệm 1: Ta lấy ống thủy tinh hở hai đầu có đường kính trong nhỏ nhúng thẳng đứng vào một chậu nước và quan sát hiện tượng xảy ra. - Nếu ta thay nước bằng một loại chất lỏng khác thì sao, mực nước trong ống có tiếp tục dâng cao không? (Hình 1a). - Thí nghiệm 3: Ta tiếp tục làm thí nghiệm khác để quan sát độ dâng lên hay hạ xuống của các chất lỏng đó. - Nhúng các ống có đường kính trong khác nhau vào cùng một loại chất lỏng và kết quả là độ chênh lệch mực chất lỏng của các ống khác nhau (Hình 2). - Hình 2: Hiện tượng mao dẫn trong các ống có đường kính trong khác nhau Hình 1: Sự khác biệt giữa. - hiện tượng mao dẫn trong nước và thủy ngân. - Hiện tượng mao dẫn không chỉ xảy ra ở những ống có bán kính trong nhỏ (gọi là ống mao dẫn) mà còn xảy ra cả ở những khe hẹp, vách hẹp, các vật xốp. - Tất cả các thí nghiệm trên có được là do đâu? Đó chính là nhờ vào hiện tượng mao dẫn? Vậy thế nào là hiện tượng mao dẫn?. - Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng dâng lên hay hạ xuống của mực chất lỏng ở bên trong các ống có đường kính trong nhỏ, trong các vách hẹp, khe hẹp, các vật xốp. - so với mực chất lỏng bên ngoài. - Hiện tượng mao dẫn có thể được giải thích trên cơ sở sự căng bề mặt và sự dính ướt hay không dính ướt. - Lực căng mặt ngoài dọc theo đường cong giới hạn mặt khum của chất lỏng tiếp giáp với thành ống là nguyên nhân gây nên hiện tượng mao dẫn.. - Từ các thí nghiệm đơn giản trên ta thấy rằng mực chất lỏng trong ống dâng lên hay hạ xuống tùy theo loại chất lỏng ấy làm ướt hay không làm ướt thành ống. - Nếu chất lỏng làm ướt bề mặt ống (ví dụ ống thủy tinh nhúng trong nước) thì mực chất lỏng trong ống sẽ dâng lên cao hơn so với mặt thoáng của chất lỏng bên ngoài đồng thời bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lõm. - Đối với bình chứa có đường kính lớn thì độ cong này không đáng kể nhưng trong ống mao dẫn do bán kính bé. - nên độ cong của bề mặt chất lỏng rất lớn.Nếu chất lỏng không làm ướt bề mặt ống (ví dụ ống thủy tinh nhúng trong thủy ngân) thì mực chất lỏng bên trong ống sẽ hạ thấp hơn so với mặt thoáng của chất lỏng bên ngoài đồng thời bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lồi. - Như vậy với thí nghiệm thứ ba nếu đường kính trong của các ống càng nhỏ thì mức độ dâng cao hoặc hạ thấp của mực chất lỏng bên trong ống so với bề mặt chất lỏng bên ngoài ống càng lớn. - Ta thừa nhận các phân tử chất lỏng có khuynh hướng thu nhỏ diện tích bề mặt phân cách chất lỏng và môi trường ngoài. - Trường hợp dâng lên là lực kéo giữa phân tử của ống và nước đã thắng lực kéo giữa nước và nước, mực nước dâng lên đến khi nào trọng lực do cột chất lỏng gây ra kết hợp với lực của các phân tử nước cân bằng với lực giữa phân tử ống và nước. - Trường hợp hạ xuống là ngược lại, các phân tử nước đã thắng lực hút của các phân tử của ống, mực nước hạ xuống cho đến khi mực chất lỏng bên ngoài cao hơn một khoảng nào đó tạo áp lực đẩy chất lỏng ngược lại vào trong kết hợp với lực hút của phân tử của ống cân bằng với lực hút phân tử nước thì quá trình dừng lại.. - I.4 TÍNH ĐỘ CHÊNH LỆCH CỦA MỰC CHẤT LỎNG TRONG ỐNG MAO DẪN. - Độ dâng cao hoặc hạ thấp của mực chất lỏng trong ống mao dẫn so với mặt thoáng bên ngoài ống được xác định theo công thức:. - hệ số căng bề mặt của chất lỏng ρ (N/m 3. - khối lượng riêng của chất lỏng g(m/s 2. - đường kính trong của ống mao dẫn h (m. - MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG MAO DẪN. - Trong tự nhiên và cuộc sống hàng ngày có rất nhiều ví dụ được giải thích bằng hiện tượng mao dẫn. - Hiện tượng mao dẫn đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên, khoa học, công nghệ, cả trong kĩ thuật và cuộc sống hàng ngày. - Một số lượng lớn các vật liệu rắn, xốp có xảy ra hiện tượng mao dẫn. - Giấy, dệt may, đá phấn và còn rất nhiều vật dụng khác có thể bị ướt do nước hấp thụ vật liệu xốp để sản xuất ra các mao dẫn. - Trong công nghệ kĩ thuật con người thông qua việc sử dụng các mao mạch của hiện tượng mao dẫn để bôi trơn các bộ phận máy. - Cây cối có thể lấy nước và chất dinh dưỡng trong đất một phần cũng là nhờ sự thấm hút mao dẫn. - Sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu một số ứng dụng của hiện tượng mao dẫn.. - Đầu tiên bạn nên cảm ơn sức căng bề mặt của nước bởi nhờ nó mà giữ được chất lỏng trong một vũng nước đẹp trên bàn, thay vì một lớp màng mỏng lây lan ra khắp nơi trên bàn. - Và bạn nhận thấy rằng nước trên mặt bàn đang dần lan rộng khắp khăn giấy, nước vẫn không ngừng làm ướt bề mặt khăn cho đến khi Hình 4: Khăn giấy thấm hút chất lỏng. - Rõ ràng chất lỏng thấm rất nhanh. - Quá trình khăn giấy hấp thụ chất lỏng, chất lỏng di chuyển dọc theo các khe nhỏ sợi giấy được gọi là hoạt động mao dẫn. - Ta đã biết trong một chiếc khăn giấy không có ống nao cả nhưng tại sao chúng vẫn xảy ra hiện tượng mao dẫn? Đó là vì các khoảng trống giữa các sợi giấy được xem như các ống mao dẫn.. - Khăn giấy vốn mềm mại là thế, vậy đối với những vật xốp, khô, chẳng hạn như một viên gạch được đưa vào tiếp xúc với chất lỏng thì sao? Nó cũng tương tự như vậy,có rất nhiều kênh nhỏ đóng vai trò là các mao mạch, sẽ bắt đầu hấp thụ chất lỏng với một tốc độ giảm theo thời gian.. - Vì thế mà trong một số môn thể thao, các vận động viên thường sử dụng các quần áo mà loại vải có thể xảy ra hoạt động mao dẫn được để bấc mồ hôi ra khỏi da dễ dàng. - Từ đó ta cũng có thể thấy được rằng những vật dụng tưởng chừng như đơn giản như khăn giấy, các viên gạch,từng loại vải,..nhưng chúng lại là vật thể hiện rõ nhất về hiện tượng mao dẫn, chứng tỏ sự hiện diện của mao dẫn trong cuộc sống hàng ngày.. - Có thể nói đèn dầu đã từng được sử dụng rộng rãi trên thế giới trước khi các thiết bị chiếu sáng bằng điện được phổ biến. - Vậy hoạt động của đèn dầu là như thế nào? Làm sao dầu có thể duy trì được sự cháy của ngọn lửa mặc dù chúng ở dưới mà bấc đèn lại ở trên cao trong khi ta đã biết dầu cũng chảy từ trên cao xuống như nước. - dầu cháy, hiện tượng mao dẫn bên trong sợi. - Như vậy nhờ hiện tượng mao dẫn dầu mới thấm hút nhanh vào bấc đèn và ngấm theo các sợi nhỏ trong bấc đèn để ngọn bấc dễ dàng cháy. - Bấc đèn là chất xốp có khả năng hút chất lỏng vì các khe hẹp trong các chất đó có vai trò như những ống mao dẫn vận chuyển chất lỏng trong môi trường xốp.. - Bút máy được thiết kế trên cơ sở ứng dụng nguyên lý mao dẫn. - Hình 7: Ứng dụng hoạt động mao dẫn vào bút máy. - Hình 6: Ứng dụng mao dẫn trong bấc đèn. - Tất nhiên, mực di chuyển “xuống dốc” vào đầu bút là do trọng lực nhưng hoạt động mao dẫn là cần thiết để giữ cho mực chảy trên giấy. - Các bút máy kiểu mới thường có tương đối nhiều rãnh mao dẫn chứa mực có thể chứa được toàn bộ lượng mực dư thừa nên không có sự nhỏ giọt như các loại bút kiểu cũ.. - Đã bao giờ bạn tự hỏi tại sao bạn cần tưới nước cho cây mỗi ngày để cây có thể phát triển.. - Khi chúng ta uống nước, ta để nước chảy từ miệng xuống vào hệ thống tiêu hóa để nó có thể hấp thụ vào cơ thể ta. - Và quá trình này có thể xảy ra được là nhờ vào hiện tượng mao dẫn.Quá trình vận chuyển ấy sẽ khó khăn hơn ta bởi lực gắn kết và sức căng bề mặt của chất lỏng được vận chuyển cùng với lực hút phải lớn hơn lực hấp dẫn thì mao dẫn mới xảy ra.Và các mạch nhựa nhỏ trong rễ và thân cây đóng vai trò là các ống mao dẫn.Thật vậy thực vật không thể phát triển mạnh mà không nhờ hoạt động mao dẫn. - Điều này cho thấy tầm quan trọng của hiện tượng mao dẫn trong tự nhiên.Vì thế ta phải trồng cây, bảo vệ rừng, chống xói mòn đất, đất đồi có cây xanh che phủ thì ít bị hạn hán.. - Hình 8 :Các ống mao dẫn trong cây. - Ngoài ra,khi dựa vào cách nước vận chuyển từ đất qua hệ thống các ống mao dẫn trong bộ rễ và thân cây lên đến ngọn cây mà người ta đã biết cách làm ra các loại hoa nhuộm màu khác nhau. - Lúc này các mạch nhựa nhỏ trong thân cây sẽ đóng vai trò các ống mao dẫn vận chuyển các màu nhuộm lên đến hoa.. - 5 NƯỚC MẮT,HIỆN TƯỢNG Ù TAI, HIỆN TƯỢNG MÁU “SÔI”. - Hằng ngày mắt ta luôn tiết ra một loại chất lỏng. - Hoạt động mao dẫn cũng cần thiết cho sự dẫn lưu liên tục, sản xuất chất lỏng nước mắt ra khỏi mắt. - Để chống hiện tượng này, khi đi trên máy bay người ta cần phải “há miệng” ra để cân bằng áp suất bên trong với áp suất của môi trường.. - Khi bay lên cao, áp suất xung quanh giảm gây nên hiện tượng máu “sôi” và các bọt khí bốc ra từ máu. - Vì vậy các phi công hay các nhà du hành vũ trụ luôn được trang bị những thiết bị bay đặc biệt để chống hiện tượng đó.. - II.6 TRONG NÔNG NGHIỆP- PHƯƠNG PHÁP TRỒNG THỦY CANH Trong nông nghiệp, hiện tượng. - mao dẫn còn đóng vai trò rất quan trọng trong canh tác. - Trong đất luôn luôn có những rãnh nhỏ dài tạo thành những ống mao dẫn.Nước có thể từ dưới sâu theo những ống đó thấm lên trên mặt rồi bốc hơi và đất sẽ mất nhiều độ ẩm.. - cuốc, xới đất, phá hoại những ống mao dẫn ở phía trên, ngăn không cho hơi ẩm thoát ra ngoài. - Bên cạnh đó thì các ống mao dẫn là các khe hẹp giữa các hạt đất, đóng vai trò điều hòa độ ẩm và nhờ đó cây cối có thể hút nước từ rất sâu trong long đất để nuôi dưỡng cây. - Như vậy dựa trên cơ sở đó, người dân trồng cây thường phải cày bừa, vun xới để khơi thông các ống mao dẫn giữa không khí và mặt đất, tạo điều kiện cho cây hút nước hoặc giữ nước được thuận lợi. - Ngoài ra trong nông nghiệp, người ta còn tận dụng các hoạt động mao dẫn nước nhỏ giọt để tưới nhỏ giọt khi vụ mùa, tránh tưới trực tiếp vào thực vật.. - Hình 10: Người dân vun xới đất để khơi thông các ống mao dẫn. - Sợi bấc này sẽ làm nhiệm vụ hút nước và dung dịch dinh dưỡng lên cung cấp cho rễ cây (tương tự như sợi bấc trong đèn dầu, hút dầu lên để duy trì sự cháy) nhờ vào hoạt động mao dẫn. - Máu bạn chủ yếu là nước và hoạt động mao dẫn còn hỗ trợ hoạt động bơm của tim, giúp máu lưu thông trong mạch dễ dàng. - Như vậy bọt khí sẽ làm cho máu khó lưu thông, làm tăng áp lực lên thành mạch máu và có thể gây nguy hiểm khi tắc mạch máu.. - Vì vậy trong thủy văn cũng nhờ vào hoạt động mao dẫn mà di chuyển nước ngầm từ các khu vực ẩm ướt của đất cho các khu vực khô. - Như vậy ta có thể thấy được hoạt động mao dẫn còn được ứng dụng nhiều trong mọi mặt đời sống, góp phần đem lại cuộc sống tốt hơn cho dân ta.. - Có thể dùng hoạt động mao dẫn như là một nguồn năng lượng tái tạo. - Hoạt động mao dẫn có thể tạo ra điện năng. - Mặc dù ý tưởng này chỉ là các dự án chưa được triển khai nhưng nó cho ta thấy được tầm quan trọng của hiện tượng mao dẫn và tiềm năng của ý tưởng này.. - Không phải hiện tượng mao dẫn nào cũng có lợi cả ,trong một số trường hợp mao dẫn lại có hại. - Hay kết cấu các công trình bị phá vỡ nguyên nhân cũng do nước thông qua hiện tượng mao dẫn gây nên.. - Sau đó, các lỗ được lấp dưới một áp lực bằng loại dung dịch đặc biệt cho đến khi các mao dẫn bão hòa. - Như vậy là lớp chắn mao dẫn sẽ trở thành lớp chống thấm và khí ẩm không còn khả năng thẩm thấu lên trên.. - Qua bài tiểu luận chúng ta có thể nhận ra được tầm quan trọng của hiện tượng mao dẫn trong thực tế.Tuy nhiên đây chỉ là một hiện tượng nhỏ, và còn rất nhiều hiện tượng Vật Lý khác mà chúng ta nên tìm hiểu.Với kiến thức còn hạn chế, nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tìm hiểu, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.