thumb|250px|Zjawisko kapilarne Zjawiska kapilarne – zjawiska związane z zachowaniem par i cieczy, a wywołane występowaniem napięcia powierzchniowego. W znaczeniu ogólniejszym zjawiska występujące w warstwach powierzchniowych wywołane siłami międzycząsteczkowymi„Encyklopedia fizyki” praca zbiorowa PWN 1973 t. 2 s. 842..
Najbardziej znanym zjawiskiem kapilarnym jest wciąganie cieczy do wąskiej rurki (kapilara) lub w pory materiałów zwilżalnych i wypychanie z niezwilżalnych. Zjawiska kapilarne występują dla wielu obiektów o małym wymiarze charakterystycznym i silnie zależną od tego wymiaru.
Wciąganie cieczy do kapilary jest wyjaśniane jako istnienie ciśnienia kapilarnego, powstającego w wyniku zakrzywienia powierzchni cieczy przy ściance, wywołane napięciem powierzchniowym między ścianką a cieczą.
Opis fizyczny W stanie równowagi cieczy w rurce ciężar słupa cieczy jest równoważony przez siły napięcia powierzchniowego.
Siła ciężaru słupa wody w kapilarze o przekroju kołowym:
Siła napięcia powierzchniowego wody tuż przy ściance:
Powierzchnia wody tuż przy ściance tworzy ze ścianką kąt θ. Pionowa składowa tej siły równoważy siłę ciężaru cieczy, z czego wynika wysokość podciągania kapilarnego:
gdzie Q – ciężar słupa wody, h – wysokość słupa wody, r – promień kapilary, ρ – gęstość wody, V – objętość zajmowana przez wodę, m – masa wody, g – przyspieszenie ziemskie, F – siła napięcia powierzchniowego, σ – napięcie powierzchniowe, θ – kąt zwilżania.
Dla wody Dla czystej wody kontaktującej się ze szklaną rurką i powietrzem: σ = 0,0728 J/m² przy 20 °C θ = 20° (0,35 rad) ρ = 1000 kg/m³ g = 9,8 m/s²
W rurze o promieniu 1 m woda podniesie się o 0,014 mm; w rurce o promieniu 1 mm – o 14 mm; natomiast w rurce o promieniu 0,1 mm – o 140 mm.
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.
Kapilarność w hydrogeologii Pory gruntu tworzą naczynia kapilarne, w których woda podnosi się ponad zwierciadło wody podziemnej. Wysokość podnoszenia zależy bezpośrednio od frakcji gruntu (mniejsze ziarna tworzą kanaliki o mniejszej średnicy). Rozróżnia się kapilarność czynną i bierną, a występującą w ich wyniku wodę określa się jako wodę kapilarną.
Kapilarność czynna – 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 zwierciadła wody podziemnej przy jego obniżeniu. Wówczas powstaje woda zawieszona w strefie aeracji – jest to tzw. „woda kapilarna zawieszona”.
Zobacz też Fale kapilarne
Przypisy
Kategoria:Biofizyka Kategoria:Zjawiska w mechanice płynów Kategoria:Hydrogeologia