کیپلریت
د کیپلريوالي پېښه
که یو تنګ ښیښهیي نل د ولاړې اوبې پرته له بهیره په لوښي کې ډوب کړو، اوبه به په نل کې د hk په لوړوالي د لوښي له N کچې پورته وخېژي، او د نل د اوبو سطحه به منیسک m جوړ کړي (شکل 1_a_). که نل څومره تنګ وي، د اوبو د کپیلري لوړېدو لوړوالی hk همغومره زیات وي.
د اوبو کپلري پورته کېدل د منیسک m د پورته کوونکي ځواک ته منسوبېږي، او د اوبو او ښیښې د مالیکولونو ترمنځ د بینمالیکولي جذبي ځواکونو او د تنګې نلۍ د دیوالونو او د اوبو د سطحې ترمنځ د سطحي کششونو له مخې تشریح کېږي.
د ښیښي نلۍ د دیوال او د اوبو د سطحې تر منځ په تماس کې د موییني قوه R د منیسک m د سطحې په مماس لوري اغېز کوي، چې د وزن د واحد پر اوږدوالۍ د واحد په p/cm څرګندېږي. د R قوې په J هغه برخې چې د دیوال له سطحې سره موازي ده او په P هغه برخه چې دیوال ته عمودي ده، تجزیه کولو سره د منیسک راچوونکې قوه تر لاسه کوو (شکل 1_a_): J = R cosα.
هغه زاویه α چې قوه R یې د دېوال له سطحې سره جوړوي، د کیپلري زاویه بلل کېږي او ارزښت یې له 0 څخه تر 90O پورې وي. که په کیپلري نل کې اوبه او د هغه دېوالونه په بشپړه توګه پاک وي، نو α=0 وي، د مینیسک سطحه نیمدایروي وي، د پورته کېدو قوه J = R اعظمي وي (شکل 1_b_). که اوبه غوړي یا عضوي اسیدونه ولري، یا که دېوالونه غوړ وي، نو α = 90° وي، مینیسک نه جوړېږي، او د اوبو کیپلري پورته کېدل هم نه وي.
شکل 1. د اوبو مویینې پورته کېدل او د مویینې قوو اغېز
راچوونکې قوه J = R cos α د توازن له شرطه ترلاسه کوو، چې له مخې یې د منیسک په ټول شاوخوا کې، یعنې د شعاع r لرونکې موییني نلۍ په ټول محیط کې، ټوله راچوونکې قوه J د نلۍ په داخل کې د h__ₖ لوړوالي اوبهستون ساتي:
R cos α · 2π_r_ = π_r_² h__ₖ γ__w
چې γ__w د اوبو حجمي وزن دی.
له پورته معادلې څخه موږ لوړوونکې مویینې قوه ترلاسه کوو:
R cos α = (r · h__ₖ · γ__w) / 2
یعنې د موییني پورتهکېدو لوړوالی:
h__ₖ = (2_R_) / (r · γ__w) · cos α [cm].
توده کیپلري اوبه په کیپلري نل کې له سړې اوبو څخه لوړې ته خېژي، ځکه چې وېسکوزیتوب یې ډېر وي. له همدې امله د کیپلري پورتهکېدو د هماغه لوړوالي h__ₖ لپاره د R cos α قوه د تودې کیپلري اوبو لپاره له سړې څخه کمه ده. د اوبو د بېلابېلو تودوخې t لپاره، د ټولو یو شان شرایطو تر لاندې د ترسره شوو ازموینو له مخې د پورتهکوونکې قوې R cos α لاندې ارزښتونه ترلاسه شوي دي:
| t = | 0° | 10° | 20° | 40° |
|---|---|---|---|---|
| R cos α = | 0,0756 | 0,0742 | 0,0727 | 0,0695 p/cm |
په کیپیلري نل کې اوبه د کشش تر اغېز لاندې دي، ځکه چې قوه R cos α یې پورته راکاږي، حال دا چې د جاذبې قوه یې ښکته باسي. خو د کیپیلري نل دېوالونه د کیپیلري قوې R تر اغېز لاندې د فشار تر بار لاندې دي.
په خاوره کې کپیلاریت
کپیلریت په خاوره کې هم شته، چیرې چې کپیلري نلۍ سوري جوړوي، او دا سوري په ټولو لوریو کې له یو بل سره تړاو لري. هر څومره چې خاوره نریدانه وي، هومره سوري کوچني وي او د پورته کېدو کپیلري لوړوالی زیات وي. دا لوړوالی د خاورې په جوړښت هم پورې تړاو لري. خو په خاوره کې سوري د بېلابېلو اندازو کېدای شي او په دې حالت کې د کپیلري پورته کېدو لوړوالی هم بېلابېل وي. که کپیلري اوبه د پورته کېدو پر مهال «پراخو ځایونو» ته ورسېږي، یعنې تر هغه لوی سوري پورې چې په ورکړل شوي لوړوالي کې د تنګ سوري د قطر لپاره د پورته کوونکي ځواک سره سم نه وي، نو بیا وروسته کپیلري پورته کېدل د هماغه لوی سوري له اندازې پورې تړلي وي. په دې حالت کې موږ فعاله کپیلري د پورته کېدو لوړوالی h__ₖₐ لرو چې د تر ټولو لویو سوریو پورې تړلی دی. برعکس، کله چې د ځمکې لاندې اوبو د سطحې د ټیټېدو پر مهال کپیلري اوبه له پاسه ښکته راکوزېږي او «تنګو ځایونو» سره مخ شي، نو په هماغه ژورتیا کې به پاتې شي او نور به نه راښکته کېږي. په دې حالت کې موږ غیرفعاله کپیلري لوړوالی h__ₖₚ لرو، چې د تر ټولو کوچنیو سوریو پورې تړلی دی.
د خاورې د سوریو او جوړښت له مخې تړلې او پرانیستې مویینه اوبه سره بېلېږي.
تړلې کپیلاري اوبه د ځمکې د اوبو له سطحې سره تړاو لري او د پورته کېدو پر مهال له ځان مخکې هوا د خاورې پورنۍ زون ته ټېل وهي. د دې له امله په پورني زون کې د هوا اندازه زیاتېږي، او له هغې سره د هماغې زون په تشو کې د هوا فشار هم لوړېږي. په دې ډول رامنځته شوی د هوا فشار د کپیلاري پورته کېدو پر وړاندې درېږي، نو د کپیلاري پورته کېدو لوړوالی کم وي. دا حالت د خاورې په ټیټو طبقو کې، د ځمکې د اوبو له کچې سمدستي پورته رامنځته کېږي، چیرې چې تشې واړه وي او د کپیلاري پورته کېدو پر مهال اوبه ټولې تشې په بشپړ ډول ډکوي.
پرانیستې کیپلري اوبه هم د ځمکې لاندې اوبو د کچې له ښیښې سره تړاو لري، خو د هوا ډکو سوریو ترڅنګ موقعیت لري. دا حالت د خاورې په پورني برخه کې رامنځته کېږي، هلته چې سوری بېلابېل اندازې لري، نو اوبه یوازې وړې سوری په بشپړ ډول ډکوي، حال دا چې په څنګ کې په لویو سوریو کې هوا وي. د کیپلري پورته کېدو پر مهال، اوبه له وړو سوریو څخه هوا څنګ ته لویو سوریو ته شړي، نو د اوبو د ستنې له پاسه په کیپلر کې په پورته زون کې د هوا فشار نه جوړېږي، او له همدې امله پرانیستې کیپلري اوبه تر تړلو اوبو لوړه کچه ته خېژي.
هغه زون چې پکې تړلې یا پرانیستې کیپلري اوبه موجودې وي، د خاورې د اوبو د اندازې w پر بنسټ ټاکل کېږي.
د تړلې کیپلري اوبو په حالت کې ټولې سوري له اوبو ډکې وي، چې مانا یې دا ده چې د خاورې د اوبو اندازه w = wZ ده، یعنې د اشباع درجې S__ᵣ = 1,0 ده.
په پرانیستې کپیلري اوبو کې کوچني سوري په بشپړ ډول له اوبو ډک وي، حال دا چې لوی سوري له اوبو سره یوازې تر یوې اندازې ډک وي، او دا د اوبو د هغه نری فیلم په واسطه چې کلکې ذرې پوښي او د زاویوي اوبو په واسطه (شکل 2) د کلکو ذرو ترمنځ د تماس په ځایونو کې وي، او تر یوې اندازې له هوا سره، نو په دې حالت کې w < wZ، یعنې S__ᵣ < 1,0.
د h__ₖ د مویینې پورته کېدو لوړوالی د خاورې د بېلابېلو ډولونو لپاره د لابراتواري ازموینې له لارې ټاکل کېږي. د بېلابېلو خاورینو ډولونو لپاره د h__ₖ منځني لوړوالی په لاندې حدودو کې راځي:
| د خاورې ډول | hₖ |
|---|---|
| وړه شګه | hₖ = 0,05 - 0,5 m |
| دوړه | hₖ = 0,5 - 5,0 m |
| خټېخاوره | hₖ = 5,0 - 15,0 m |
| خټه | hₖ = 15,0 - 50,0 m او ډېر |
شكل 2. د اوبو فلم او د سطحې کونجي اوبه
په خاوره کې کپیلري قوه R په کلکو ذراتو د فشار په ډول عمل کوي، داسې چې د دوی ترمنځ اصطلاحاً ظاهري همبستګي رامنځته کېږي، چې د کلکو ذراتو ترمنځ د یوې معینې نښلونې په شان عمل کوي. خو ظاهري همبستګي یوازې تر هغې موجوده وي، تر څو چې د خاورې په سوریو کې د اوبو کپیلري پورته کېدل موجود وي. کله چې خاوره په اوبو کې ډوبه شي، سوریې له اوبو ډکېږي او ظاهري همبستګي له منځه ځي.
ظاهري همبستګي هغه پدیده ده چې له مخې یې نری شګه، چې په وچ حالت کې خپره وي، په لوند حالت کې یو څه تړون پیدا کوي، څو داسې وموډل شي چې په وچې شګې سره نه شي کېدای.
معلومه ده چې شګه (که خټه یا دوړه نه وي) د سمندر پر غاړو کې چې د څپو له اوبو لمده شوې وي، دومره ښه بار وړتیا لري چې پر هغې بایسکل یا موټر چلول کېدای شي، خو لږه لیرې چې څپې نه رسېږي، هماغه شګه په وچه بڼه وي او څرخونه پکې ننوځي، نو هر ډول تګ راتګ ناممکن کېږي.
تېرهکېدنه
د اوبو تېرېدل د نفوذ وړ تودې له لارې
راځئ وصل شوي لوښي A, B, C, D, او E (شکل 3) وڅېړو، چې د a څخه تر b پورې یې یوه برخه د L په اوږدوالي له نفوذپذیرې مادې، مثلاً شګې، ډکه شوې ده. که د وصل شوو لوښو په یوه سر کې اوبه تر کچې N₁ پورې واچوو، نو په وصل شوو لوښو کې به د اوبو کچه بېلابېله وي، یعنې د اوبو د تېرې شوې لارې له اوږدوالي سره به راکمیږي.
Sl. 3. د اوبو تېرېدل د نفوذپذیرې تودې له لارې
هغه مهال چې د فلټر مخې ته د اوبو د ستن لوړوالی h₁ ته ورسېد، د فلټر شاته به h₂ وي. د N₁ او N₂ د کچو ترمنځ توپیر هغه وخت دا دی:
h = h₁ − h₂
توپير h هغه له لاسه وتلی هیدروستاتیک فشار ښيي، چې د فلټر له لارې د اوبو د بهېدو د مقاومت په غلبه کولو لګول شوی دی. دا پدیده فرانسوي عالم Darcy لا 1856. کال کې وپېژندله. هغه په هماغه وخت کې د اوبو د بهېدو د سرعت د محاسبې لپاره لاندې فورمول هم وړاندې کړ:
V = k × (dh/dL) = ki
چیرې دی:
- V = د اوبو د تېرېدو سرعت د نفوذمنې تودې له لارې، [cm/sec],
- k = د نفوذ/تېرېدنې ضریب چې د خاورې له ځانګړنو سره تړاو لري [cm/sec]،
- dh = هغه اوږدوالی دی چې کله لوړوالی h په ډېر شمېر نریو طبقو [cm] ووېشل شي، ترلاسه کېږي،
- dL = هغه اوږدوالی دی چې هغه وخت ترلاسه کېږي کله چې اوږدوالی L د هغو اوږدواليو په هماغه شمېر ووېشل شي لکه لوړوالی h، [cm].
نسبت dh/dL = i د ښکته کېدو په ترڅ کې د له لاسه تللي ارتفاع او د اوبو د وهلې لارې نسبت دی او ورته هیدرولیکي نزول، هیدرولیکي ګړندی یا هم پیزومتري مایلان ویل کېږي._ دا وروستی نوم له B، C او D نلونو څخه اخېستل شوی، چې پیزومتر نلونه بلل کېږي. مخکینیه بڼه د فلټر له لارې د اوبو د خوځښت لپاره د دارسي قانون بلل کېږي.
د اوبو ټول مقدار q چې په ټاکلي وخت t کې د مقطعې د مساحت A له فلټر څخه تېرېږي، دا دی
q = kAti,
له کومه چې
k = q / (Ati), یعنې k = qL / Ath,
چېرې چې i = h / L = په L اوږدوالي کې هیدرولیکي شیب (که هغه مستقیمالخط وي).
ضریب k د 10°C په تودوخې کې د خاورې نفوذپذیري څرګندوي.
k = V / i [cm/sec]
د خاورې له لارې د اوبو د تېرېدو سرعت د فورمول له مخې ترلاسه کېږي
V = q / A [cm/sec],
چېرې چې q = د اوبو اندازه چې په ثانیه کې په cm³ کې د خاورې له لارې تېرېږي، د 10°C تودوخې په حالت کې، A = د خاورې د مقطع سطحه چې اوبه ترې تېرېږي، [cm²].
د دارسي قانون د د اوبو لامینري خوځښتونو لپاره معتبر دی، یعنې ارام خوځښتونه، بې له څپو او د کوچنیو سرعتونو لپاره.
د فلټر سرعت V د خاورې له لارې د اوبو د خوځښت منځنی سرعت دی او دا د اوبو له واقعي بهېدو سرعت سره سمون نه لري، چې تر دې لوړ وي. د فلټر له لارې د اوبو د بهېدو پر مهال د نفوذ برابر عناصر dh ډېر ځله د اوبو په نابرابرو لارو dL باندې لګېږي، نو هیدرولیکي شیب له یوې نقطې څخه بلې ته بدلېدونکی وي.
د خاورې نفوذپذیري په کې د سوریو له اندازې سره تړلې ده. که خاورې ته بار ورکړل شي، سوری کمېږي او نفوذپذیري راکمېږي. له همدې امله، د یوې او هماغې خاورې لپاره د نفوذپذیرۍ ضریب k په مستقیم ډول د پوروسیت له اندازې، یعنې د هغې د پوروسیت ضریب e سره متناسب دی. خو د بېلابېلو خاورینو ډولونو لپاره، هغه پوروسیت چې د پوروسیت ضریب e په وسیله څرګندېږي، د نفوذپذیرۍ لپاره معیار نه شي کېدای، ځکه دا نفوذپذیري هومره د خاورې د ټولیز پوروسیت پورې نه، بلکې په کې د سوریو له اندازې سره تړلې ده. د بېلګې په توګه، شګلنه جغللرونکې شګه چې پوروسیت یې e = 0,25 وي، ډېر لوړه نفوذپذیري لري، k = 2–3 cm/sec، خو نرمه خټه چې پوروسیت یې 60% وي، د پوروسیت ضریب e = 1,50 لري، او ټیټه نفوذپذیري لري، k = 10_⁻⁶ تر 10⁻_¹¹ cm/sec.
د نفوذ ضریب k د محاسبوي لارې، لابراتواري او میداني ازموینو له مخې ټاکل کېدای شي.
د ضریب د محاسبوي طریقې له لارې ټاکل د خاورې پر ګرانولومتریک جوړښت ولاړ دی. د k ضریب د ټاکلو لپاره دا فرضیه منل کېږي چې د خاورې کلکې ذرې کروي بڼه لري، چې دا په حقیقت کې، په ځانګړي ډول په همغږې خاورې کې، سمون نه خوري. له همدې امله د k ضریب هغه ارزښتونه چې په دې ډول ټاکل شوي وي د دقیقو په توګه نه منل کېږي.
د k ضریب ټاکل په لابراتواري ازموینو سره تر ټولو ډېر خپور شوی دی او په نهمخلوط شوو خاورو نمونو ترسره کېږي. خو د دې لارې ټاکل شوی د k ضریب د څو عواملو پورې تړلی دی لکه دا چې ایا او تر کومه حده هغه نمونه چې پر هغې ازموینه کېږي په خاوره کې د نفوذ وړ طبقې استازیتوب کوي، بیا د ازموینې په وسیله کې د نمونې د نهمخلوطوالي له حالت څخه او د ازموینې د ترسره کولو له طریقې څخه. د کافي شمېر هغو نمونو په ازمویلو سره چې ټاکلې خاوره استازیتوب کوي، د ځمکې په ساحه کې د نمونې اخیستلو په وسیله د ازموینې د خپل آلې په سلنډرونو کې، او د ازموینې د مناسبې طریقي په کارولو سره، د k ضریب نږدې سم ارزښتونه ترلاسه کېدای شي چې د قناعتبخښونکو په توګه کارېدلی شي.
د k ضریب د ساحوي ازموینې له لارې ټاکل تر ټولو دقیق ارزښتونه ورکوي، ځکه چې دا د هغه خاورې له ترکیب او پوړیزوالي سره بشپړ سمون لري چې په کې موقعیت لري. خو د k ضریب د ټاکلو دا طریقه ډېر وخت او لوړې لګښتونه غواړي، له همدې امله په ندرت سره ترسره کېږي او یوازې په هغو حالاتو کې کارول کېږي چې د هغه بشپړ دقیق ارزښت حتمي اړتیا ولري.
زموږ د بنسټ ایښودنې د مقرراتو له مخې داسې خاورې ګڼل کېږي چې د نفوذپذیرۍ ضریب یې:
- k < 10_⁻_¹¹ cm/sec — نږدې نهتېریدونکې
- k < 10_⁻_⁹ — ډېر لږ نفوذپذیر
- k < 10_⁻_⁷ — لږ نفوذپذیره
- k < 10_⁻_⁵ — منځنۍ نفوذپذیره
- k < 10_⁻_³ — ډېر نفوذپذیره
- k > 10_⁻_³ — ډېر نفوذ لرونکی