Betingelser

• kapillær til et smalt rør.
• samhørighed Forskellige intermolekylære kræfter, der holder faste stoffer og væsker sammen.
• adhæsion Et stofs evne til at holde sig til et uligt stof.
• menisk Den buede væskeoverflade i rør, hvad enten de er konkave eller konvekse, forårsaget af væskens overfladespænding.

Samhørighed og vedhæftning

Molekylerne i enhver prøve af stof oplever intermolekylære kræfter, som er attraktive eller frastødende kræfter mellem atomer eller molekyler i prøven. Sådanne kræfter er ansvarlige for mange observerbare opførsler af stoffer, såsom fasen de er i under visse temperatur- og trykforhold. Når attraktive kræfter forekommer mellem lignende molekyler, kaldes de sammenhængskræfter eller resulterer i samhørighed, fordi de holder prøvenes molekyler tæt sammen. Disse sammenhængende kræfter er især stærke ved overfladen af en væske, hvilket resulterer i fænomenet overfladespænding. For eksempel er hydrogenbindingerne mellem vandmolekyler ansvarlige for sammenhængen, der observeres i vanddråber.

På den anden side når intermolekylære kræfter opstår mellem forskellige typer molekyler (især når de er en del af forskellige faser af materiale), kaldes de klæbende kræfter eller resulterer i vedhæftning. Molekylerne i en prøve af vand i kontakt med en glasoverflade oplever attraktive kræfter mod glasmolekylerne. Vand har en tendens til at klæbe til sådanne overflader på grund af disse interaktioner.

Kapillærvirkning

Kapillærvirkning er en væskes evne til at strømme i smalle rum uden hjælp fra og i modstand mod eksterne kræfter som tyngdekraften. Denne effekt kan ses ved opsamling af væsker mellem hårene på en pensel, i et tyndt rør, i porøse materialer såsom papir, i nogle ikke-porøse materialer (såsom flydende kulfiber) eller i en celle. Det sker, når de intermolekylære tiltrækningskræfter mellem væsken og de faste omgivende overflader (klæbende kræfter) er stærkere end de sammenhængende kræfter i væsken. Hvis rørets diameter er tilstrækkelig lille, virker kombinationen af overfladespænding (som skyldes samhørighed i væsken) og klæbende kræfter mellem væsken og beholderen sammen for at løfte væsken. Højden (h) af en væskesøjle er givet ved:

h = \ frac {2T} {\ rho rg}

hvor T er overfladespændingen, \ rho er den væsketæthed, g er accelerationen på grund af tyngdekraften, og r er radius af røret. Bemærk, at højden, hvortil væsken løftes, er omvendt proportional med rørets radius, hvilket forklarer, hvorfor fænomenet er mere udtalt for mindre rør.

Et almindeligt apparat, der bruges til at demonstrere kapillærvirkning, er kapillær rør. Når den nedre ende af et lodret glasrør placeres i en væske, dannes en konkav menisk. Adhæsionskræfter mellem væsken og den faste indre væg trækker væskesøjlen op, indtil der er en tilstrækkelig væskemasse til tyngdekræfter til at modvirke disse kræfter.

Menisken er kurven forårsaget af overfladespænding i den øvre overflade af en væske. Det kan være enten konveks eller konkav. En konveks menisk opstår, når molekylerne har en stærkere tiltrækning til hinanden (samhørighed) end til beholderens materiale (vedhæftning), hvilket får overfladen af væsken til at hule nedad. Dette kan ses mellem kviksølv og glas i barometre og termometre. Omvendt opstår en konkav menisk, når væskens molekyler tiltrækkes af beholderens, hvilket får overfladen af væsken til at hule opad. Dette kan ses i et glas vand.

Kapillær handling virker på konkav menisci for at trække væsken op, øge det gunstige kontaktareal mellem væske og beholder og på konvekse menisci for at trække væsken ned reducerer mængden af kontaktareal.

Når man overvejer, hvordan væsker vil opføre sig på overflader, hvis væskemolekylerne stærkt tiltrækkes af de faste molekyler, vil væskedråben spredes fuldstændigt på den faste overflade. Dette er ofte tilfældet for vand på bare metalliske eller keramiske overflader.

Fænomenet kapillærvirkning er vigtigt i transporten af vand og næringsstoffer i planter gennem transpirationsprocessen.