Capilaridad

La capilaridad se produce en la interfaz trifásica de sólido, líquido y gas, y está relacionada con la tensión superficial. La tensión superficial siempre tiende a minimizar la superficie de un líquido. Cuando se inserta un tubo de vidrio de pequeño diámetro en el agua, el agua del tubo se elevará hasta una cierta altura y habrá un menisco cóncavo en la parte superior de la columna de agua. Debido al efecto de la tensión superficial, el menisco generará una presión adicional sobre el líquido dentro de la superficie del líquido y la dirección de la acción se dirige hacia el centro de curvatura de la superficie del líquido. En comparación con la superficie líquida plana, la presión superficial adicional del menisco cóncavo es negativa mientras que la presión superficial adicional del menisco convexo es positiva (Wang Dachun, 1995). Consulte la Figura 4-1.

Figura 4-1 Formación de presión superficial adicional

La presión superficial adicional Pc generada por el menisco de cualquier forma se puede expresar mediante la fórmula de Laplace:

Ecológico Hidrogeología

En la fórmula: α es el coeficiente de tensión superficial del agua. En condiciones estándar, α=74×10-3N/m; R1 y R2 son los dos radios de curvatura principales de la superficie del líquido.

En un tubo capilar cilíndrico, R1=R2. Entonces la ecuación (4-1) se puede escribir como:

Hidrogeología ecológica

La ecuación (4-2) es una forma especial de la fórmula de Laplace. Su significado es: el menisco generará una presión superficial adicional dirigida al lado cóncavo de la superficie del líquido. Esta presión adicional es proporcional al coeficiente de tensión superficial e inversamente proporcional al radio de curvatura de la superficie. 2R=D, D es el diámetro del tubo capilar cilíndrico. Entonces la ecuación (4-2) se puede escribir como:

Hidrogeología ecológica

La altura de elevación del capilar hc es una carga de presión negativa causada por la presión superficial adicional, que se puede convertir de Pc Ven (en m).

Hidrogeología Ecológica

En la fórmula: ρ es la densidad del agua (1g/cm3); g es la aceleración de la gravedad (981cm/s2); (74dyn/cm); D es el diámetro capilar (mm). Esta fórmula se llama fórmula de Rulin, que refleja que la altura de ascenso de los capilares es inversamente proporcional al diámetro de los capilares.

Cuando el contenido de agua en la zona vadosa es bajo, el agua capilar en las esquinas de los poros se ubica en pequeños espacios, el radio de curvatura del menisco es pequeño y la presión capilar negativa ejercida por el medio del poro En el agua es grande. Cuando aumenta el contenido de agua, aumenta el volumen de agua capilar en el ángulo de los poros, el radio de curvatura del menisco aumenta y la presión negativa capilar ejercida por el medio poroso sobre el agua disminuye. La presión negativa capilar se puede medir con un medidor de presión negativa. El contenido de agua de la zona vadosa está estrechamente relacionado con la presión negativa capilar. Las dos son relaciones funcionales. Por lo tanto, la presión negativa capilar se puede utilizar para reflejar indirectamente el contenido de agua. de la zona vadosa.