Was ist Kapillarwirkung und wie ist er betroffen durch die Schwerkraft? Ariel & Michal

Kapillarwirkung (oder Kapillarität) beschreibt die Fähigkeit einer Flüssigkeit, gegen die Schwerkraft in einem engen Raum wie einem dünnen Rohr zu fließen.

Dieses spontane Aufsteigen einer Flüssigkeit ist das Ergebnis zweier gegensätzlicher Kräfte:

Kohäsion – die Anziehungskräfte zwischen ähnlichen Molekülen oder Atomen, in unserem Fall den Molekülen oder Atomen der Flüssigkeit., Wasser zeichnet sich beispielsweise durch eine hohe Kohäsion aus, da jedes Wassermolekül vier Wasserstoffbrücken mit benachbarten Molekülen bilden kann.

Adhäsion – die Anziehungskräfte zwischen unähnlichen Molekülen oder Atomen, in unserem Fall die Kontaktfläche zwischen den Partikeln der Flüssigkeit und den Partikeln, die das Rohr bilden.

Die Kapillarität der Flüssigkeit wird als hoch bezeichnet, wenn die Haftung größer als die Kohäsion ist, und umgekehrt., Daher reicht die Kenntnis der Flüssigkeit nicht aus, um festzustellen, wann eine Kapillarwirkung auftreten wird, da wir auch die chemische Zusammensetzung der Röhre kennen müssen. Diese beiden, zusammen mit der Kontaktfläche (Rohrdurchmesser), umfassen die wichtigsten Variablen. Beispielsweise weist Wasser in einem dünnen Glasrohr aufgrund der Wasserstoffbindungen, die sich zwischen den Wassermolekülen und den Sauerstoffatomen in der Rohrwand bilden, starke Haftkräfte auf (Glas = Silica = SiO2). Im Gegensatz dazu zeichnet sich Quecksilber durch einen stärkeren Zusammenhalt aus und daher ist seine Kapillarität viel geringer.,

Die Höhe (h) einer Flüssigkeit in einem Rohr ergibt sich aus der Formel

Was ist hier los?

Wenn die Adhäsionskräfte größer sind als die der Kohäsion und Schwerkraft (wenn sie vorhanden sind), haften die Moleküle der Flüssigkeit an der Wand der Röhre. Wir werden beobachten, dass die obere Oberfläche der Flüssigkeit konkav wird (die Höhe der Flüssigkeit an der Kontaktfläche ist höher als ihre Höhe in der Mitte des Rohrs)., Die kohäsiven Kräfte zwischen den Molekülen der Flüssigkeit „versuchen“, die Oberflächenspannung zu verringern (d.h. die obere Oberfläche der Flüssigkeit abzuflachen und somit die vergrößerte Oberfläche im konkaven Zustand zu verhindern). Dabei klettern die Moleküle so lange hoch, bis ein stetiger Zustand zwischen Kohäsion und Adhäsion erreicht ist (mit oder ohne Gravitationskomponente).

Dies erklärt auch, warum dieses Phänomen ausschließlich in dünnen Rohren auftritt (auch ohne Schwerkraft)., In breiteren Gefäßen kommt nur ein kleiner Teil der Flüssigkeit mit den Gefäßwänden in Kontakt, und so sind Haftkräfte vernachlässigbar und es kommt kaum zu einem Aufsteigen der Flüssigkeit.

Viele alltägliche Phänomene sind das Ergebnis einer Kapillarwirkung, darunter:

Und schließlich eine interessante Kleinigkeit:

Wussten Sie, dass Albert Einsteins erste jemals veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel befasst sich mit Kapillarwirkung? Es wurde 1901 in deutscher Sprache veröffentlicht und trug den Titel Folgerungen aus den Kapillaritätserscheinungen (conclusions drawn from the phenomena of capillarity).,

Übernommen von Wikipedia