Vilkår

• kapillær til et smalt rør.
• kohesjonVariative intermolekylære krefter som holder faste stoffer og væsker sammen.
• vedheftEt stoffs evne til å holde seg til et ulikt stoff.
• menisk Den buede væskeoverflate i rør, enten konkave eller konvekse, forårsaket av overflatespenningen til væsken.

Kohesjon og vedheft

Molekylene i en hvilken som helst prøve av materie opplever intermolekylære krefter, som er attraktive eller frastøtende krefter mellom atomer eller molekyler i prøven. Slike krefter er ansvarlige for mange observerbare oppførsel av stoffer, for eksempel fasen de er i under visse temperatur- og trykkforhold. Når attraktive krefter oppstår mellom lignende molekyler, blir de referert til som sammenhengende krefter, eller som resulterer i kohesjon, fordi de holder prøvenes molekyler tett sammen. Disse sammenhengende kreftene er spesielt sterke på overflaten av en væske, noe som resulterer i fenomenet overflatespenning. For eksempel er hydrogenbindinger mellom vannmolekyler ansvarlige for kohesjonen som observeres i vanndråper.

På den annen side når intermolekylære krefter oppstår mellom forskjellige typer molekyler (spesielt når de er en del av forskjellige faser av materie), blir de referert til som klebende krefter, eller som resulterer i vedheft. Molekylene i en prøve av vann i kontakt med en glassoverflate opplever attraktive krefter mot glassmolekylene. Vann har en tendens til å feste seg til slike overflater på grunn av disse interaksjonene.

Kapillærvirkning

Kapillærvirkning er evnen til en væske å strømme i trange rom uten hjelp fra, og i motstand mot, ytre krefter som tyngdekraften. Denne effekten kan sees i oppsamlingen av væsker mellom hårene på en pensel, i et tynt rør, i porøse materialer som papir, i noen ikke-porøse materialer (som flytende karbonfiber) eller i en celle. Det oppstår når de intermolekylære tiltrekningskreftene mellom væsken og de faste overflatene (klebende krefter) er sterkere enn de sammenhengende kreftene i væsken. Hvis rørets diameter er tilstrekkelig liten, virker kombinasjonen av overflatespenning (som er forårsaket av kohesjon i væsken) og klebende krefter mellom væsken og beholderen sammen for å løfte væsken. Høyden (h) av en væskekolonne er gitt av:

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

der T er overflatespenningen, \ rho er den væsketetthet, g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften, og r er radius av røret. Legg merke til at høyden som væsken løftes til er omvendt proporsjonal med radiusen på røret, noe som forklarer hvorfor fenomenet er mer uttalt for mindre rør.

Et vanlig apparat som brukes til å demonstrere kapillærvirkning er kapillær rør. Når den nedre enden av et vertikalt glassrør plasseres i en væske, dannes en konkav menisk. Vedheftskrefter mellom væsken og den faste indre veggen trekker væskesøylen opp til det er tilstrekkelig væske for å få gravitasjonskrefter til å motvirke disse kreftene.

Menisken er kurven forårsaket av overflatespenning i den øvre overflaten av en væske. Det kan være enten konveks eller konkav. En konveks menisk oppstår når molekylene har en sterkere tiltrekningskraft til hverandre (kohesjon) enn til materialet i beholderen (vedheft), og får overflaten til væsken til å hule nedover. Dette kan sees mellom kvikksølv og glass i barometre og termometre. Motsatt oppstår en konkav menisk når væskemolekylene tiltrekkes av beholderens, og får overflaten til væsken til å hule oppover. Dette kan sees i et glass vann.

Kapillærvirkning virker på konkav menisci for å trekke væsken opp, og øker det gunstige kontaktområdet mellom væske og beholder, og på konvekse menisci for å trekke væsken ned , redusere mengden av kontaktareal.

Når vi vurderer hvordan væsker vil oppføre seg på overflater, hvis væskemolekylene blir sterkt tiltrukket av de faste molekylene, vil væskedråpen spre seg fullstendig på den faste overflaten. Dette er ofte tilfelle for vann på bare metalliske eller keramiske overflater.

Fenomenet kapillærvirkning er viktig i transport av vann og næringsstoffer i planter gjennom transpirasjonsprosessen.