Kapillarität
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Kapillarität oder Kapillareffekt (lat. capillaris, das Haar betreffend) ist das Verhalten von Flüssigkeiten, das sie bei Kontakt mit engen Röhren (-> Kapillare), Spalten oder anderen Hohlräumen in Feststoffen zeigen.
Beispiel: Taucht man ein Glasröhrchen senkrecht in Wasser, steigt das Wasser in der engen Glasröhre ein Stück gegen die Gravitationskraft nach oben.
Diese Effekte werden durch die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten selbst und der Grenzflächenspannung von Flüssigkeiten mit der festen Oberfläche (im Beispiel: des Glases) hervorgerufen.
[Bearbeiten] Effekte
Die Kapillaraszension tritt bei Flüssigkeiten auf, die die Oberfläche benetzen, wie z. B. Wasser und Glas. Hier steigt das Wasser in einem Röhrchen auf und hat eine konkave Oberfläche. Dieses Verhalten ist auf die Adhäsionskraft (Kraft, die zwischen zwei Stoffen wirkt) zurückzuführen.
Die Kapillardepression tritt bei nicht benetzenden Flüssigkeiten auf. Beispiele sind Quecksilber auf Glas oder Wasser auf Glas mit eingefetteter Oberfläche. Solche Flüssigkeiten haben in einem Röhrchen einen niedrigeren Pegel als in der Umgebung und eine konvexe Oberfläche.
Je kleiner der Durchmesser, desto größer sind Kapillardruck und Höhe. Eine Kapillare von 1 µm Durchmesser erzeugt einen Saugdruck von 1,5 bar, entsprechend einer Saughöhe bei benetzendem Wasser von 15 m.
Zwei Glasplatten, die ein Wasserfilm der Dicke 1 µm voneinander trennt, werden vom Wasser mit einem Druck von 1,5 bar zusammengehalten. Deshalb zerbrechen feucht gewordene Objektträger, wenn man versucht, sie auseinander zu ziehen.
[Bearbeiten] Formel
Die Steighöhe h (m) einer Flüssigkeitssäule ist gegeben durch:
...wobei:
- T = Oberflächenspannung (J/m² oder N/m)
- θ = Kontaktwinkel
- ρ = Dichte der Flüssigkeit (kg/m3)
- g = Beschleunigung durch die Schwerkraft (m/s²)
- r = Radius der Röhre (m)
Für eine wassergefüllte Glasröhre, die gegen die Luft auf Meereshöhe offen ist,
...so ergibt sich für die Steighöhe:
.
Für eine breite Röhre mit r = 1 m folgt daraus eine Steighöhe um nicht merkliche 0,014 mm. Bei 1 cm würde das Wasser um 1,4 mm und bei einer Kapillare mit einem Radius von 0,1 mm um 14 cm steigen.
