Feltételek

• kapilláris keskeny csőhöz.
• kohézió Különböző intermolekuláris erők, amelyek összetartják a szilárd anyagokat és a folyadékokat.
• tapadás Az anyag azon képessége, hogy egy ellentétes anyaghoz tapadjon.
• meniszkusz folyadékok felülete csövekben, legyenek azok homorúak vagy domborúak, a folyadék felületi feszültsége okozza.

Összetartás és tapadás

A minták bármelyikének molekulái Az anyag intermolekuláris erőket tapasztal, amelyek vonzó vagy visszataszító erők a mintában lévő atomok vagy molekulák között. Az ilyen erők felelősek az anyagok sok megfigyelhető viselkedéséért, például a fázisban, amelyben bizonyos hőmérsékleti és nyomási körülmények között vannak. Amikor a hasonló molekulák között vonzó erők lépnek fel, akkor ezeket kohéziós erőknek nevezik, vagy kohéziót eredményeznek, mert szorosan egymás mellett tartják a minta molekuláit. Ezek az összetartó erők különösen erősek a folyadék felületén, ami a felületi feszültség jelenségét eredményezi. Például a vízmolekulák közötti hidrogénkötések felelősek a vízcseppekben megfigyelt kohézióért.

Másrészt, amikor molekulák közötti erő alakul ki a különböző típusú molekulák között (különösen akkor, ha a molekulák különböző fázisainak részei). anyag), tapadási erőknek nevezik őket, vagy tapadást eredményeznek. Az üvegfelülettel érintkező vízmintában lévő molekulák vonzó erőket tapasztalnak az üvegmolekulák felé. A víz az ilyen kölcsönhatások miatt hajlamos az ilyen felületekre tapadni.

Kapilláris működés

A kapilláris hatás a folyadék azon képessége, hogy szűk terekben áramoljon a ellenállás a külső erőkkel, például a gravitációval. Ez a hatás látható az ecset szőrszálai közötti folyadékok felépítésében, egy vékony csőben, porózus anyagokban, például papírban, néhány nem porózus anyagban (például cseppfolyósított szénszálban), vagy egy cellában. Akkor fordul elő, amikor a folyadék és a szilárd környező felületek közötti molekulák közötti vonzó erők (tapadó erők) erősebbek, mint a folyadékban lévő kohéziós erők. Ha a cső átmérője kellően kicsi, akkor a folyadék és a tartály közötti felületi feszültség (amelyet a folyadék belsejében lévő kohézió okoz) kombinációja, valamint a folyadék és az edény közötti tapadó erők együttesen hatnak a folyadék felemelésére. A folyadékoszlop magasságát (h) a következő adja:

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

ahol T a felületi feszültség, \ rho a folyadék sűrűsége, g a gravitáció miatti gyorsulás, és r a cső sugara. Figyelje meg, hogy a folyadék emelésének magassága fordítottan arányos a cső sugárával, ami megmagyarázza, hogy a jelenség miért hangsúlyosabb a kisebb csöveknél.

A kapilláris működés kimutatására használt közös készülék a kapilláris cső. Amikor egy függőleges üvegcső alsó végét folyadékba helyezzük, konkáv meniszkusz képződik. A folyadék és a szilárd belső fal közötti tapadási erők addig húzzák fel a folyadékoszlopot, amíg elegendő folyadéktömeg nem áll rendelkezésre a gravitációs erőknek az erők ellensúlyozásához.

A meniszkusz a görbe, amelyet a folyadék felső felületének felületi feszültsége okoz. Lehet konvex vagy konkáv. Egy domború meniszkusz akkor következik be, amikor a molekulák erősebben vonzódnak egymáshoz (kohézió), mint a tartály anyaga (tapadás), és ezáltal a folyadék felülete lefelé barlangozik. Ez látható a higany és az üveg között barométerekben és hőmérőkben. Ezzel szemben egy konkáv meniszkusz akkor következik be, amikor a folyadék molekulái vonzódnak a tartály molekuláihoz, és ezáltal a folyadék felülete felfelé barlangozik. Ez egy pohár vízben látható.

A kapilláris hatás a konkáv meniszkekre hat, hogy felhúzza a folyadékot, növelve a folyadék és a tartály közötti kedvező érintkezési területet, és konvex meniszkéken a folyadék lefelé húzása , csökkentve az érintkezési terület mennyiségét.

Ha figyelembe vesszük a folyadékok viselkedését a felületeken, ha a folyékony molekulák erősen vonzódnak a szilárd molekulákhoz, akkor a folyadékcsepp teljesen eloszlik a szilárd felületen. Ez gyakran előfordul a csupasz fém vagy kerámia felületeken lévő víz esetében.

A kapilláris hatás jelensége fontos a növényekben a víz és a tápanyagok transzpirációs folyamaton keresztül történő szállítása során.