Zjawiska kapilarne

Z Wikipedii

Zjawiska kapilarne to cały szereg zjawisk związanych z zachowaniem par i cieczy a pojawiających się dla wielu obiektów o małym wymiarze charakterystycznym (np. rurki kapilarne) i silnie zależne od tego wymiaru, przy kącie zwilżania powyżej 90 stopni. W zależności od zwilżania i średnicy rurki zjawisko może się pojawiać lub zanikać - zachodzi ono do momentu, gdy ciężar słupa wody równoważy siły kapilarne.

• Wzór na ciężar słupa wody:

G - ciężar słupa wody

H_k - wysokość wzniosu kapilarnego

r - promień rurki

ρ_w - gęstość wody

g - przyciągania ziemskie

• Wzór na siłę napięcia powierzchniowego

Q_p - siła napięcia powierzchniowego

r - promień rurki

σ_p - napięcie powierzchniowe

• Po przyrównaniu obu stron równania i podstawieniu danych dla wody i rurek ze szkła kwarcowego, otrzymujemy wysokość podciągania kapilarnego:

[edytuj] Prawidłowości

Wysokość podciągnia kapilarnego określa wzór:

...gdzie:

h - wysokość podciągania (m)

T = napięcie powierzchniowe (J/m² lub N/m)

θ = kąt zwilżania

ρ = gęstość cieczy (kg/m³)

g = przyspieszenie ziemskie(m/s²)

r = promień rurki (m)

Dla czystej wody kontaktującej się ze szklaną rurką i powietrzem:

T = 0.0728 J/m² at 20 °C

θ = 20° (0,35 rad)

ρ = 1000 kg/m³

g = 9,8 m/s²

.

W rurce o promieniu 1m woda podniesie się o 0,014mm, a 1mm - 14mm, a 0,1mm o 140 mm.

[edytuj] Przykłady

• Zmiana wysokości słupa cieczy - w zależności od kąta zwilżania podnoszenie lub obniżanie:

menisk wody w rurce szklanej jest wklęsły (woda dobrze zwilża szkło) i słup cieczy jest podnoszony na wysokość zależną od jej średnicy,

menisk rtęci w rurce szklanej jest wypukły (rtęć nie zwilża szkła) i jest obniżany w porównaniu z powierzchnią cieczy swobodnej,

• Kondensacja i histereza kapilarna - zmiana ciśnienia przy którym para cieczy ulegnie kondensacji lub ciecz odparowuje.
• Przepływ krwi przez naczynia włosowate.
• Przepływ wody w naczyniach roślin - zjawiska kapilarne umożliwiają rośnięcie drzew na wysokość większą niż 10m (bez zjawiska kapilarnego słup wody w naczyniach ulegałby przerwaniu).
• Nasiąkanie tkanin, bibuły, papieru, pieluszek itp. - ciecz utrzymywana jest pomiędzy gęsto umieszczonymi cienkimi włóknami za pomocą sił kapilarnych.

[edytuj] Kapilarność w Hydrogeologii

Pory gruntu tworzą naczynia kapilarne, w których woda podnosi się ponad zwierciadło wody podziemnej. Wysokość podnoszenia zależy bezpośrednio od frakcji gruntu (mnijesze ziarna tworzą kanaliki o mniejszej średnicy). Rozróżniamy kapilarność czynną i bierną.

• Kapilarność czynna to wysokość, na jaką woda podnosi się ponad poziom zwierciadła wody podziemnej przy podsiąkaniu od dołu
• Kapilarność bierna to wysokość, na jakiej woda utrzymuje się ponad poziomem zwierciadłą wody podziemnej przy jego obniżeniu