Виждали ли сте някога свещ? Надявам се, че ще я използвате. Едно интересно явление, което можем да наблюдаваме, когато свещ гори. Долната част на горящия фитил на свещ обикновено винаги е мокра с разтопен восък (върху фитила). Наличието на разтопен восък върху фитила означава, че свещта може да гори дълго време. Какво кара разтопения восък да се движи нагоре към горящия фитил на свещта? Можем да наблюдаваме същото явление и при факли.
Много интересни неща в живота ни са подобни на явленията, които се случват в свещите и маслените лампи. Сякаш течността има крака, които ѝ позволяват да се движи нагоре. Можете ли да обясните това научно? Една физична концепция, която може да обясни явленията, които се случват в свещите, маслените лампи и много други подобни явления, е капилярността.
Сили на сцепление и адхезия
Кохезията е силата на привличане между молекулите на едно и също вещество, докато силата на привличане между молекулите на различни вещества се нарича адхезия. Например, ако налеем вода в чаша, кохезията възниква, когато водните молекули се привличат взаимно, докато адхезията възниква, когато водните молекули и молекулите на стъклото се привличат взаимно.
Ъгъл на контакт
Преди да се задълбочим в концепцията за капилярност, първо трябва да разберем как адхезионните и кохезионните сили влияят на капилярността. Например, разгледайте течност в чаша. Когато кохезионните сили на течните молекули са по-силни от адхезионните сили (силите на привличане между течните молекули и молекулите на стъклото), повърхността на течността ще се извие нагоре. Пример за това е, когато водата е в чаша. Обикновено се казва, че водата омокря повърхността на стъклото. Обратно, ако адхезионните сили са по-силни, повърхността на течността ще се извие надолу. Например, когато живакът е в чаша.
Ъгълът, образуван от кривата, се нарича ъгъл на контакт. Когато кохезионната сила на течността е по-голяма от адхезионната сила, образуваният ъгъл на контакт обикновено е по-малък от 90°.o (изображение а). Обратно, ако силата на адхезия е по-голяма от силата на кохезия на флуида, тогава образуваният ъгъл на контакт е по-голям от 90o (фигура б). Силите на адхезия и кохезия са теоретично трудни за изчисляване, но ъгълът на контакт може да бъде измерен. Каква е връзката с капилярността?
Концепцията за капилярност
Ако кохезионната сила на течността е по-голяма от адхезионната сила, повърхността на течността ще се извие нагоре. Когато вкараме тънка тръба (тръба с по-малък диаметър от контейнера), ще се образува по-висока секция течност. С други думи, течността в контейнера се издига през колоната на тръбата. Това е така, защото общата сила на повърхностно напрежение по стената на тръбата действа нагоре. Максималната височина, която течността може да достигне, е когато силата на повърхностно напрежение е равна или равна на теглото на течността в тръбата. Следователно, течността може да се издигне само до височина, където силата на повърхностно напрежение е балансирана от теглото на течността в тръбата.
Обратно, ако адхезионната сила е по-голяма от кохезионната сила на течността, повърхността на течността ще се извие надолу. Когато вкараме тънка тръба или тръба (тръба с по-малък диаметър от контейнера), ще се образува долна част на течността (вижте изображението по-долу).
Този ефект е известен като капилярно движение или капилярност, а тези тънки тръбички се наричат капилярни тръбички. Струва си да се отбележи, че най-малките ни кръвоносни съдове могат да се нарекат и капилярни тръбички, тъй като кръвообращението в тези малки съдове също се дължи на капилярния ефект. По подобен начин е очевидно и явлението на топене на восък или керосин, издигащи се през фитил. Освен това се смята, че капилярността играе жизненоважна роля в движението на вода и хранителни вещества от корените до листата през малките ксилемни съдове. Без капилярност, почвената повърхност би изсъхнала веднага след дъжд или напояване. Друг важен ефект на капилярността е задържането на вода в празнините между почвените частици.
Уравнение на капилярността
Как можем да определим височината на водата, издигаща се през капилярна тръба? Течността сякаш се издига в колоната. 
капилярна тръба с радиус r на височина h. Силата, която играе роля в задържането на течността на височина h, е компонентът на силата на повърхностното напрежение във вертикална посока: F cos theta.
Горната част на капилярната тръба е отворена, така че върху повърхността на течността се упражнява атмосферно налягане. Дължината на контактната повърхност между течността и тръбата е 2 фи r (обиколката на окръжността). Следователно, големината на вертикалния компонент на силата на повърхностното напрежение, действаща по контактната повърхност, е:
Ако се пренебрегне възходящата крива на повърхността на течността, тогава обемът на течността в тръбата е:
Обем на течността = Площ на тръбата x Височина на течността
V = A h
V = (πr² ) h
Ако вертикалният компонент на силата на повърхностното напрежение е уравновесен с теглото на течния стълб в капилярната тръба, тогава течността не може да се издигне повече. С други думи, течността ще достигне максималната си височина, когато вертикалният компонент на силата на повърхностното напрежение е уравновесен с теглото на течността на височина h. Вертикалният компонент на силата на повърхностното напрежение е:
F = γ²πrcosθ
Междувременно теглото на течността в капилярната тръба е:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ(πr²h ) g
Когато течността достигне максималната си височина (h), вертикалният компонент на силата на повърхностното напрежение трябва да е равен на теглото на течността в капилярната тръба. Математически това се записва:
Това е уравнението, което търсим. Ако искате да определите височината на течен стълб, моля, използвайте това уравнение.
