vad är kapillärverkan och hur påverkas det av gravitationen? Ariel & Michal

kapillärverkan (eller kapilläritet) beskriver vätskans förmåga att flöda mot gravitation i ett smalt utrymme, såsom ett tunt rör.

denna spontana ökning av en vätska är resultatet av två motsatta krafter:

sammanhållning – de attraktiva krafterna mellan liknande molekyler eller atomer, i vårt fall molekylerna eller atomerna i vätskan., Vatten kännetecknas till exempel av hög sammanhållning eftersom varje vattenmolekyl kan bilda fyra vätebindningar med närliggande molekyler.

vidhäftning – de attraktiva krafterna mellan olika molekyler eller atomer, i vårt fall kontaktområdet mellan partiklarna i vätskan och partiklarna som bildar röret.

vätskans kapillaritet sägs vara hög när vidhäftningen är större än sammanhållningen och vice versa., Därför är kunskap om vätskan inte tillräcklig för att bestämma när kapillärverkan kommer att inträffa, eftersom vi också måste känna till rörets kemiska sammansättning. Dessa två, tillsammans med kontaktområdet (röret”s diameter), innefattar nyckelvariablerna. Till exempel har vatten i ett tunt glasrör starka limkrafter på grund av de vätebindningar som bildas mellan vattenmolekylerna och syreatomerna i rörväggen (glas = kiseldioxid = SiO2). Däremot kännetecknas kvicksilver av starkare sammanhållning, och därmed är dess kapillaritet mycket lägre.,

höjden (h) på en vätska inuti ett rör ges med formeln

Så vad händer här?

om vidhäftningskrafterna är större än de för sammanhållning och gravitation (när det finns), håller vätskans molekyler fast vid rörets vägg. Vi kommer att observera att vätskans övre yta blir konkav (vätskans höjd vid kontaktområdet är högre än dess höjd i mitten av röret)., De sammanhängande krafterna mellan vätskans molekyler ”försöker” minska ytspänningen (dvs att platta vätskans övre yta och därigenom förhindra det ökade ytarean i det konkava tillståndet). På så sätt fortsätter molekylerna att klättra upp tills ett stabilt tillstånd mellan sammanhållning och vidhäftning uppnås (med eller utan gravitationskomponenten).

detta förklarar också varför detta fenomen uppträder uteslutande i tunna rör (även i avsaknad av gravitation)., I bredare kärl kommer endast en liten del av vätskan i kontakt med kärlväggarna, och så är limkrafterna försumbara och det finns knappast någon ökning av vätskan.

många vardagliga fenomen är ett resultat av kapillärverkan, inklusive:

och slutligen en intressant bit av trivia:

visste du att Albert Einsteins första publicerade vetenskapliga artikel handlar om kapillärverkan? Publicerad på tyska 1901, det var titeln Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen (”slutsatser som dragits av fenomen kapilläritet”).,

antagen från Wikipedia