Villkor

• kapillär till ett smalt rör.
• sammanhållning Olika intermolekylära krafter som håller fasta ämnen och vätskor ihop.
• vidhäftningFörmågan hos ett ämne att hålla sig till ett olikt ämne.
• menisk vätskeytor i rör, oavsett om de är konkava eller konvexa, orsakade av vätskans ytspänning.

Sammanhållning och vidhäftning

Molekylerna i valfri prov av materia upplever intermolekylära krafter, vilka är attraktiva eller frånstötande krafter mellan atomer eller molekyler i provet. Sådana krafter är ansvariga för många observerbara beteenden hos ämnen, såsom fasen de befinner sig i under vissa temperatur- och tryckförhållanden. När attraktiva krafter uppstår mellan liknande molekyler kallas de sammanhängande krafter eller resulterar i sammanhållning eftersom de håller provmolekylerna nära varandra. Dessa sammanhängande krafter är särskilt starka vid vätskans yta, vilket resulterar i fenomenet ytspänning. Till exempel är vätebindningarna mellan vattenmolekyler ansvariga för sammanhållningen som observeras i vattendroppar.

Å andra sidan, när intermolekylära krafter uppstår mellan olika typer av molekyler (speciellt när de ingår i olika faser av material), de kallas vidhäftande krafter eller resulterar i vidhäftning. Molekylerna i ett prov av vatten i kontakt med en glasyta upplever attraktiva krafter mot glasmolekylerna. Vatten har en tendens att vidhäfta till sådana ytor på grund av dessa interaktioner.

Kapillärverkan

Kapillärverkan är förmågan hos en vätska att strömma i trånga utrymmen utan hjälp av och i motstånd mot yttre krafter som gravitation. Denna effekt kan ses vid uppsamling av vätskor mellan håret på en pensel, i ett tunt rör, i porösa material såsom papper, i vissa icke-porösa material (såsom flytande kolfiber) eller i en cell. Det inträffar när de intermolekylära attraktionskrafterna mellan vätskan och de fasta omgivande ytorna (vidhäftande krafter) är starkare än de sammanhängande krafterna i vätskan. Om rörets diameter är tillräckligt liten, fungerar kombinationen av ytspänning (som orsakas av sammanhållning i vätskan) och limkrafter mellan vätskan och behållaren tillsammans för att lyfta vätskan. Höjden (h) för en vätskekolonn ges av:

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

där T är ytspänningen, \ rho är vätskans densitet, g är accelerationen på grund av tyngdkraften, och r är rörets radie. Lägg märke till att höjden till vilken vätskan lyfts är omvänt proportionell mot rörets radie, vilket förklarar varför fenomenet är mer uttalat för mindre rör.

En vanlig apparat som används för att visa kapillärverkan är kapillären rör. När den nedre änden av ett vertikalt glasrör placeras i en vätska bildas en konkav menisk. Vidhäftningskrafter mellan vätskan och den fasta inre väggen drar vätskekolonnen uppåt tills det finns en tillräcklig vätska för att gravitationskrafter ska motverka dessa krafter.

Menisken är kurvan som orsakas av ytspänningar i vätskans övre yta. Den kan vara antingen konvex eller konkav. En konvex menisk uppträder när molekylerna har en starkare attraktion mot varandra (sammanhållning) än mot behållarens material (vidhäftning), vilket gör att vätskans yta grottar nedåt. Detta kan ses mellan kvicksilver och glas i barometrar och termometrar. Omvänt inträffar en konkav menisk när vätskans molekyler lockas till behållarens och orsakar vätskans yta att grotta uppåt. Detta kan ses i ett glas vatten.

Kapillärverkan verkar på konkava menisci för att dra upp vätskan, öka den gynnsamma kontaktytan mellan vätska och behållare och på konvex menisci för att dra vätskan ner , minskar mängden kontaktyta.

När man överväger hur vätskor kommer att bete sig på ytor, om vätskemolekylerna starkt lockas till de fasta molekylerna, kommer vätskedroppen att spridas helt på den fasta ytan. Detta är ofta fallet för vatten på kala metalliska eller keramiska ytor.

Fenomenet kapillärverkan är viktigt vid transport av vatten och näringsämnen i växter genom transpirationsprocessen.