केशिका क्रिया

पानी की उथली ट्रे में रखे जाने के बाद केशिका जल 225 मिमी ऊंची संक्षरण ईंट से ऊपर की ओर बहता है। पानी के साथ पहले संपर्क के बाद बीता हुआ समय इंगित किया गया है। वजन में वृद्धि से अनुमानित सरंध्रता 25% है।

पारा (तत्व) (गैर-ध्रुवीय) की तुलना में पानी (ध्रुवीय) की केशिका क्रिया, प्रत्येक प्रकरण में एक ध्रुवीय सतह जैसे कांच (≡Si-OH) के संबंध में

केशिका क्रिया (जिसे कभी-कभी केशिकत्व, केशिका गति, केशिका वृद्धि, केशिका प्रभाव, या विकिंग कहा जाता है) गुरुत्वाकर्षण की तरह किसी भी बाहरी बल की सहायता के बिना, या यहां तक ​​​​कि प्रतिक्रिया में एक संकीर्ण स्थान में बहने वाली तरल प्रक्रिया है। पेंट-ब्रश के बालों के बीच, एक पतली नलिका में, संक्षरण सामग्री जैसे कागज और प्लास्टर में, कुछ गैर-छिद्रपूर्ण सामग्री जैसे रेत और तरलीकृत कार्बन फाइबर में, या तरल पदार्थ के आरेखण में प्रभाव देखा जा सकता है। एक जैविक केशिका, यह तरल और आसपास की ठोस सतहों के बीच अंतर-आणविक बलों के कारण होता है। यदि नलिका का व्यास पर्याप्त रूप से छोटा है, तो सतह तनाव का संयोजन (जो तरल के भीतर सामंजस्य (रसायन विज्ञान) के कारण होता है) और तरल और कंटेनर दीवार के बीच आसंजन तरल को आगे बढ़ाने के लिए कार्य करता है।

व्युत्पत्ति

केशिका लैटिन शब्द कैपिलारिस से आती है, जिसका अर्थ है विवर्तित दृश्य। इसका अर्थ एक केशिका के छोटे, बालों के समान व्यास से उपजा है। जबकि केशिका शब्द सामान्यतः एक संज्ञा के रूप में प्रयोग किया जाता है, यह शब्द एक विशेषण के रूप में प्रयोग किया जाता है, जैसा कि केशिका क्रिया में होता है, जिसमें तरल साथ-साथ ऊपर की ओर गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध होता है क्योंकि तरल केशिकाओं की आंतरिक सतह पर यह जल के साथ आकर्षित होता है।

इतिहास

केशिका क्रिया का पहला रिकॉर्ड किया गया अवलोकन लियोनार्डो दा विंची द्वारा किया गया था। कहा जाता है कि गैलीलियो गैलीली के एक पूर्व छात्र, निकोलो एगियुन्टी ने केशिका क्रिया की जांच की थी। 1660 में, केशिका क्रिया भी आयरिश रसायनज्ञ रॉबर्ट बॉयल के लिए एक नवीनता खोज थी, जब उन्होंने बताया कि कुछ जिज्ञासु फ्रांसीसी पुरुषों ने देखा था कि जब एक केशिका नलिका को पानी में डुबोया जाता था, तो पानी पाइप में कुछ ऊंचाई तक चढ़ जाता था। बॉयल ने तब एक प्रयोग की सूचना दी जिसमें उन्होंने एक केशिका नलिका को रेड वाइन में डुबोया और फिर नलिका को आंशिक वैक्यूम के अधीन किया। उन्होंने पाया कि केशिका में तरल की ऊंचाई पर निर्वात का कोई प्रत्यक्ष प्रभाव नहीं था, इसलिए केशिका नलियों में तरल पदार्थ का व्यवहार पारा बैरोमीटर को नियंत्रित करने वाली घटना से अलग कुछ घटना के कारण था। अन्य लोगों ने जल्द ही बॉयल की अगुवाई की। कुछ (जैसे, होनोरे फैब्री, जैकब बर्नौली) ने सोचा कि तरल पदार्थ केशिकाओं में ऊपर उठते हैं क्योंकि हवा केशिकाओं में तरल पदार्थों की तरह आसानी से प्रवेश नहीं कर सकती है, इसलिए केशिकाओं के अंदर हवा का दबाव कम था। अन्य (जैसे, आइजैक वोसियस, जियोवन्नी अल्फोंसो बोरेली, लुइस कैरे (गणितज्ञ) लुइस कैरे, फ्रांसिस हॉक्सबी, जोसियस वीटब्रेच) ने सोचा कि द्रव के कण एक-दूसरे की ओर और केशिका की दीवारों की ओर आकर्षित होते हैं।

यद्यपि प्रयोगात्मक अध्ययन 18वीं शताब्दी के दौरान जारी रहे, केशिका क्रिया का एक सफल मात्रात्मक उपचार 1805 तक दो जांचकर्ताओं द्वारा प्राप्त नहीं किया गया था: यूनाइटेड किंगडम के थॉमस यंग (वैज्ञानिक)। और फ्रांस के पियरे-साइमन लाप्लास। उन्होंने केशिका क्रिया के यंग-लाप्लास समीकरण को व्युत्पन्न किया। 1830 तक, जर्मन गणितज्ञ कार्ल फ्रेडरिक गॉस ने केशिका क्रिया (अर्थात, तरल-ठोस अंतरापृष्ठ पर स्थितियां) को नियंत्रित करने वाली सीमा शर्तों को निर्धारित किया था। 1871 में, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन (बाद में लॉर्ड केल्विन) ने तरल के वाष्प दबाव पर मेनिस्कस (तरल) के प्रभाव को निर्धारित किया - एक संबंध जिसे केल्विन समीकरण के रूप में जाना जाता है। जर्मन भौतिक विज्ञानी फ्रांज अर्न्स्ट न्यूमैन (1798-1895) ने बाद में दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों के बीच पारस्परिक क्रिया को निर्धारित किया। अल्बर्ट आइंस्टीन का पहला पेपर, जो 1900 में एनल्स ऑफ फिजिक्स को प्रस्तुत किया गया था, वह केशिकत्व पर आधारित था।

घटना और भौतिकी

एक आंतरिक दीवार पर मध्यम बढ़ती नमी

केशिका प्रवाह प्रयोग अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर सवार केशिका प्रवाह और घटना की जांच के लिए

संक्षरण माध्यम में केशिका प्रवेश अपने गतिशील तंत्र को खोखले नलिकाओं में प्रवाह के साथ साझा करता है, क्योंकि दोनों प्रक्रियाओं को चिपचिपा बलों द्वारा प्रतिक्रिया किया जाता है। परिणामतः, घटना को प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक सामान्य उपकरण केशिका नलिका है। जब एक कांच की नली के निचले सिरे को एक तरल जैसे पानी में रखा जाता है, तो एक अवतल मेनिस्कस (तरल) बनता है। आसंजन तरल पदार्थ और ठोस आंतरिक दीवार के बीच तरल स्तंभ को तब तक खींचता है जब तक कि इन अंतर-आणविक बलों को दूर करने के लिए गुरुत्वाकर्षण बल के लिए तरल का पर्याप्त द्रव्यमान न हो। तरल स्तंभ के शीर्ष और नलिका के बीच की संपर्क लंबाई (किनारे के आसपास) नलिका की त्रिज्या के समानुपाती होती है, जबकि तरल स्तंभ का वजन नलिका के त्रिज्या के वर्ग के समानुपाती होता है। इसलिए, एक संकीर्ण नलिका एक व्यापक नलिका विल की तुलना में एक तरल स्तंभ खींचती है, यह देखते हुए आंतरिक पानी के अणु बाहरी लोगों के साथ पर्याप्त रूप से जुड़ते हैं।

उदाहरण

निर्मित वातावरण में, वाष्पीकरण सीमित केशिका पैठ ठोस और चिनाई में नम (संरचनात्मक) की घटना के लिए जिम्मेदार है, जबकि उद्योग और नैदानिक ​​​​चिकित्सा में इस घटना का कागज-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक्स के क्षेत्र में तेजी से दोहन किया जा रहा है।

फिजियोलॉजी में, केशिका क्रिया आंख से लगातार उत्पादित आंसू द्रव के जल निकासी के लिए आवश्यक है। पलक के अंदरूनी कोने में छोटे व्यास की दो नलिकाएँ मौजूद होती हैं, जिन्हें नासोलैक्रिमल वाहिनी भी कहा जाता है; जब पलकें उलटी होती हैं तो अश्रु थैली के भीतर उनके खुलेपन को नंगी आंखों से देखा जा सकता है।

विकिंग एक मोमबत्ती की बत्ती के तरीके से एक सामग्री द्वारा तरल का अवशोषण है। tकागज़ के तौलिये केशिका क्रिया के माध्यम से तरल को अवशोषित करते हैं, जिससे द्रव स्टैटिक्स को सतह से तौलिया में स्थानांतरित किया जा सकता है। स्पंज (उपकरण) के छोटे छिद्र छोटी केशिकाओं के रूप में कार्य करते हैं, जिससे यह बड़ी मात्रा में द्रव को अवशोषित कर लेता है। कहा जाता है कि कुछ कपड़ा कपड़े पसीने को त्वचा से दूर करने के लिए केशिका क्रिया का उपयोग करते हैं। मोमबत्ती और दीपक मोमबत्ती बत्ती के केशिका गुणों के बाद, इन्हें अक्सर स्तरित कपड़ों # विकिंग-सामग्री के रूप में जाना जाता है।

पतली परत क्रोमैटोग्राफी में केशिका क्रिया देखी जाती है, जिसमें एक विलायक केशिका क्रिया के माध्यम से एक प्लेट को ऊपर की ओर ले जाता है। इस प्रकरण में छिद्र बहुत छोटे कणों के बीच अंतराल होते हैं।

कैपिलरी एक्शन पेन के अंदर जलाशय या कार्ट्रिज से फ़ाउंटेन पेन निब (कलम) की युक्तियों पर स्याही खींचता है।

पारा (तत्व) और कांच जैसे कुछ पदार्थों के जोड़े के साथ, तरल के भीतर अंतर-आणविक बल ठोस और तरल के बीच से अधिक होते हैं, इसलिए एक विक्ट: उत्तल मेनिस्कस रूपों और केशिका क्रिया रिवर्स में काम करती है।

जल विज्ञान में, केशिका क्रिया मिट्टी के कणों के लिए पानी के अणुओं के आकर्षण का वर्णन करती है। केशिका क्रिया भूजल को मिट्टी के गीले क्षेत्रों से शुष्क क्षेत्रों में ले जाने के लिए जिम्मेदार है। मृदा जल क्षमता में अंतर ($\Psi _{m}$) मिट्टी में केशिका क्रिया को चलाएं।

केशिका क्रिया का एक व्यावहारिक अनुप्रयोग केशिका क्रिया साइफन है। एक खोखले नलिका (अधिकांश साइफन के रूप में) का उपयोग करने के बजाय, इस डिवाइस में एक रेशेदार सामग्री (कपास की रस्सी या स्ट्रिंग अच्छी तरह से काम करती है) से बने कॉर्ड की लंबाई होती है। कॉर्ड को पानी से संतृप्त करने के बाद, एक (भारित) छोर को पानी से भरे जलाशय में रखा जाता है, और दूसरे सिरे को एक रिसीविंग बर्तन में रखा जाता है। जलाशय प्राप्त पोत से अधिक होना चाहिए। एक संबंधित लेकिन सरलीकृत केशिका साइफन में केवल दो हुक-आकार की स्टेनलेस स्टील की छड़ें होती हैं, जिनकी सतह हाइड्रोफिलिक होती है, जिससे पानी उनके बीच संकीर्ण खांचे को गीला कर देता है। केशिका क्रिया और गुरुत्वाकर्षण के कारण, जलाशय से पानी धीरे-धीरे प्राप्त करने वाले बर्तन में स्थानांतरित हो जाएगा। इस सरल उपकरण का उपयोग घर के पौधों को पानी देने के लिए किया जा सकता है जब कोई भी घर पर न हो। इस संपत्ति का उपयोग स्वचालित स्नेहक # विक फ़ीड स्नेहक में भी किया जाता है: असर (यांत्रिक) के लिए अग्रणी वितरण पाइपों में जलाशयों से तेल निकालने के लिए खराब होने वाली बत्तियों का उपयोग किया जाता है।

पौधों और जानवरों में

केशिका क्रिया कई पौधों में देखी जाती है, और वाष्पोत्सर्जन में एक भूमिका निभाती है। वृक्षों में शाखाओं द्वारा पानी को ऊपर लाया जाता है; पत्तियों पर वाष्पीकरण से अवसाद पैदा होता है; शायद जड़ों में जोड़े गए आसमाटिक दबाव से; और संभवतः पौधे के अंदर अन्य स्थानों पर, विशेष रूप से जब हवा की जड़ों से नमी एकत्रित कर रहे हों। विदेशी लीग जैसे कुछ छोटे जंतुओं और भयानक मोलोच में पानी ग्रहण करने की केशिका क्रिया का वर्णन किया गया है

मेनिस्कस की ऊंचाई

एक केशिका में तरल का केशिका उदय

केशिका व्यास के विरुद्ध प्लॉट किए गए केशिका में पानी की ऊंचाई

एक तरल स्तंभ की ऊँचाई ज ज्यूरिन के नियम द्वारा दी गई है

$h={{2\gamma \cos {\theta }} \over {\rho gr}},$

जहाँ $\scriptstyle \gamma$ तरल-वायु सतह तनाव (बल/इकाई लंबाई) है, θ संपर्क कोण है, ρ तरल (द्रव्यमान/आयतन) का घनत्व है, जी स्थानीय गुरुत्वाकर्षण त्वरण (लंबाई/समय का वर्ग) है), और आर नलिका की त्रिज्या है।

चूँकि r हर में होता है, द्रव जितना पतला स्थान ले सकता है, वह उतना ही ऊपर की ओर जाता है। इसी तरह, हल्का तरल और कम गुरुत्वाकर्षण स्तंभ की ऊंचाई बढ़ाता है।

मानक प्रयोगशाला स्थितियों में हवा में पानी से भरे ग्लास नलिका के लिए, γ = 0.0728 N/m 20 बजे  डिग्री सेल्सियस, ρ = 1000 kg/m³, और g = 9.81 m/s². क्योंकि साफ कांच पर पानी गीला होने के कारण प्रभावी संतुलन संपर्क कोण लगभग शून्य होता है। इन मानों के लिए, जल स्तंभ की ऊँचाई है,

$h\approx {{1.48\times 10^{-5}\ {\mbox{m}}^{2}} \over r}.$

इस प्रकार ए के लिए 2 m (6.6 ft) ऊपर दी गई लैब स्थितियों में त्रिज्या ग्लास नलिका, पानी एक ध्यान देने योग्य नहीं होगा 0.007 mm (0.00028 in). हालाँकि, ए के लिए 2 cm (0.79 in) त्रिज्या नलिका, पानी ऊपर उठेगा 0.7 mm (0.028 in), और ए के लिए 0.2 mm (0.0079 in) त्रिज्या नलिका, पानी ऊपर उठेगा 70 mm (2.8 in)

दो कांच की प्लेटों के बीच द्रव का केशिका उत्थान

परत की मोटाई (d) और ऊंचाई की ऊंचाई (h) का गुणनफल स्थिर (d·h = स्थिर) है, दो मात्राएं हैं आनुपातिकता (गणित) व्युत्क्रम आनुपातिकता तलों के बीच द्रव की सतह अतिपरवलय है।

• दो ग्लास प्लेटों के बीच जल
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माध्यम में तरल परिवहन

एक ईंट में केशिका प्रवाह, 5.0 मिमी · मिनट की सफ़लता के साथ^-1/2 और 0.25 की सरंध्रता।

जब किसी शुष्क सरंध्र माध्यम को किसी द्रव के संपर्क में लाया जाता है, तो वह उस दर पर द्रव को अवशोषित करेगा जो समय के साथ घटती जाती है। वाष्पीकरण पर विचार करते समय, तरल प्रवेश तापमान, आर्द्रता और पारगम्यता के पैरामीटर पर निर्भर सीमा तक पहुंच जाएगा। इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण सीमित केशिका प्रवेश के रूप में जाना जाता है और कागज में द्रव अवशोषण और कंक्रीट या चिनाई की दीवारों में बढ़ती नमी सहित सामान्य स्थितियों में व्यापक रूप से देखा जाता है। क्रॉस-सेक्शनल एरिया A के साथ सामग्री के एक बार के आकार वाले खंड के लिए जो एक छोर पर गीला होता है, एक समय टी के बाद अवशोषित तरल की संचयी मात्रा V है

$V=AS{\sqrt {t}},$

जहां S की इकाइयों में m·s^−1/2 या मिमी·मिनट^−1/2 माध्यम की लघुता है। यह समय निर्भरता संबंध केशिकाओं और संक्षरण माध्यम में वाशिंग के लिए वाशबर्न मात्रा के समीकरण के समान है।

$i={\frac {V}{A}}$

लंबाई के आयाम के साथ संचयी तरल सेवन कहा जाता है। बार की गीली लंबाई, अर्थात बार के गीले सिरे और तथाकथित गीले मोर्चे के बीच की दूरी, आवाजों द्वारा कब्जा कर ली गई मात्रा के अंश एफ पर निर्भर है। यह संख्या f माध्यम की सरंध्रता है; गीली लंबाई तब है

$x={\frac {i}{f}}={\frac {S}{f}}{\sqrt {t}}.$

कुछ लेखक मात्रा S/f का उपयोग सोरप्टिविटी के रूप में करते हैं। उपरोक्त विवरण उस प्रकरण के लिए है जहां गुरुत्वाकर्षण और वाष्पीकरण कोई भूमिका नहीं निभाते हैं।

सोरप्टिविटी निर्माण सामग्री की एक प्रासंगिक संपत्ति है, क्योंकि यह नम (संरचनात्मक) बढ़ती नमी की मात्रा को प्रभावित करती है। निर्माण सामग्री की सार्वभौमता के लिए कुछ मान नीचे दी गई तालिका में हैं।

चयनित सामग्रियों की सोरप्टिविटी (स्रोत:)

सामग्री	सोरप्टिविटी (मिमी·मिनट−1/2)
वातित कंक्रीट	0.50
जिप्सम प्लास्टर	3.50
मिट्टी की ईंट	1.16
मोर्टार	0.70
कंक्रीट की ईंट	0.20

यह भी देखें

• बॉन्ड नंबर
• बाउंड वॉटर
• केशिका फ्रिंज
• केशिका दबाव – Pressure between two fluids from forces between the fluids and tube walls
• केशिका तरंग – Wave on the surface of a fluid, dominated by surface tension
• केशिका पुल
• डैम्प प्रूफिंग
• डार्सी का नियम
• फ्रॉस्ट फ्लावर
• फ्रॉस्ट हीविंग
• हिन्दू दूध चमत्कार
• क्रोघ मॉडल
• पोरोसिमेट्री – Measurement and characterization of the porosity of a material
• नीडल आइस
• सतह तनाव – Tendency of a liquid surface to shrink to reduce surface area
• वॉशबर्न का समीकरण
• यंग-लाप्लास समीकरण – Describing pressure difference over an interface in fluid mechanics

अग्रिम पठन

• de Gennes, Pierre-Gilles; Brochard-Wyart, Françoise; Quéré, David (2004). Capillarity and Wetting Phenomena. Springer New York. doi:10.1007/978-0-387-21656-0. ISBN 978-1-4419-1833-8.