Forza di Coesione è Adesione
A forza di cuesione hè una forza d'attrazione trà e molecule in una sustanza simile, mentre chì una forza d'attrazione trà e molecule di una sustanza ineguale hè chjamata Forza d'Adesione. Per esempiu, versemu acqua in un bicchieru. A cuesione si verifica quandu e molecule d'acqua si attraenu, mentre chì l'adesione si verifica quandu e molecule d'acqua è e molecule di vetru si attraenu.
Angulu di cuntattu
Prima d'amparà u cuncettu di Capillarità, capimu prima cumu l'influenza di a forza d'adesione è di a forza di cuesione nantu à a capillarità. Per esempiu, rivedemu u liquidu in un bicchieru. Quandu a forza di cuesione di a molecule liquida hè più forte chè a forza d'adesione (a forza di trazione trà a molecule liquida è a molecule di vetru), a superficia di u liquidu formerà una curva ascendente. Un esempiu di questu casu hè quandu l'acqua hè in un bicchieru. Di solitu, si dice chì l'acqua impregna a superficia di u vetru. À u cuntrariu, se a forza d'adesione hè più forte, allora a superficia di u liquidu si curverà in giù. Per esempiu, quandu u mercuriu hè in un bicchieru.
L'angulu furmatu da a curva hè chjamatu angulu di cuntattu. Quandu a forza di cuesione di u fluidu hè più alta chè a forza d'adesione, l'angulu di cuntattu creatu hè generalmente più chjucu di 90o (figura a). À u cuntrariu, s'è a forza d'adesione hè più alta chè a forza di cuesione di u fluidu, l'angulu di cuntattu creatu hè più grande di 90o (figura b). E forze d'adesione è e forze di cuesione sò teoricamente difficiule da calculà, ma l'anguli di cuntattu ponu esse misurati. Chì hà à chì vede cù a capillarità ?
Cuncettu di capillarità
Sè a forza di cuesione di u fluidu hè più grande di a forza d'adesione, a superficia di u liquidu si arricciarà versu l'altu. Quandu inserimu un tubu o una pipa fina (una pipa chì u so diametru hè più chjucu di quellu di u cuntinente), u liquidu in u cuntinente si alza attraversu a colonna di a pipa. Questu hè perchè a forza di a tensione superficiale tutale longu a parete di u tubu funziona versu l'altu. L'altezza massima chì un liquidu pò ghjunghje hè quandu a forza di tensione superficiale hè uguale à u pesu di u liquidu in a pipa. Cusì, u liquidu pò cullà solu finu à un'altezza induve a forza di tensione superficiale hè equilibrata cù u pesu di u liquidu in a pipa.
À u cuntrariu, s'è a forza d'adesione hè più grande chè a forza di cuesione di u fluidu, a superficia di u liquidu si curvarà versu u bassu. Quandu inserimu un tubu o una pipa fina (una pipa cù un diametru più chjucu chè u cuntinente), si formerà una parte inferiore di u liquidu (vede l'imagine quì sottu).
Questu effettu hè cunnisciutu cum'è capillare, è u tubu finu hè chjamatu tubu capillare. Tenite à mente chì i nostri vasi sanguigni più chjuchi ponu ancu esse chjamati tubi capillari perchè a circulazione di u sangue in i picculi vasi sanguigni si faci ancu per via di l'effetti di a capillarità. In listessu modu, u fenomenu di a fusione crescente di a cera o di u cherosene attraversu l'asse. Inoltre, si crede ancu chì a capillarità ghjoca un rolu essenziale in u passaghju di l'acqua è di e sustanze nutritive da e radiche à e foglie attraversu i vasi di u xilema. S'ellu ùn ci hè micca capillarità, a superficia di u terrenu si seccherà subitu dopu a pioggia. Un altru effettu significativu di a capillarità hè a ritenzione di l'acqua in i spazii trà e particelle di u terrenu.
Equazione di capillarità
Cumu pudemu determinà l'altezza di l'acqua chì s'alza per a colonna di u tubu capillare ? U liquidu s'alza in a colonna di u tubu capillare, chì hà un raghju r finu à l'altezza h. A forza chì agisce per mantene u liquidu à l'altezza h hè a cumpunente di a forza di tensione superficiale in a direzzione verticale: F cos θ.
A cima di u tubu capillare hè aperta in modu chì ci sia pressione atmosferica nantu à a superficia di u liquidu. A lunghezza di a superficia di cuntattu trà u liquidu è u tubu hè 2πr (circunferenza). Cusì, a magnitudine di a forza di tensione superficiale di i cumpunenti verticali chì travaglianu longu a superficia di cuntattu sò:
F = Forza di tensione superficiale, γ = Tensione superficiale, r = raghju di u tubu capillare, θ = Angulu di cuntattu
Sè a superficia curva versu l'altu hè trascurata, u vulume di liquidu in u tubu hè:
Volume di fluidu = a superficia di u tubu x l'altezza di u liquidu
V = Ah
V = (π r² ) h
Sè a cumpunente verticale di a forza di tensione superficiale hè equilibrata cù u pesu di a colonna di liquidu in u tubu capillare, allora u liquidu ùn pò micca cullà torna. In altre parolle, u liquidu ghjunghjerà à a so altezza massima, sè a cumpunente verticale di a forza di tensione superficiale hè equilibrata cù u pesu di u liquidu, finu à h. A cumpunente verticale di a forza di tensione superficiale hè:
F = γ 2 π r cos θ
Mentre u pesu di u liquidu in u tubu capillare hè:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r 2 h) g
Quandu u liquidu righjunghji a so altezza massima (h), a cumpunente verticale di a forza di tensione superficiale deve esse uguale à u pesu di u liquidu in u tubu capillare. Matematicamente, scrittu:
Questa hè l'equazione chì cerchemu. Sè vo vulete determinà l'altezza di a colonna di liquidu, per piacè cunsiderate l'usu di sta equazione.
