Har du nogensinde set et stearinlys? Forhåbentlig bruger du det. Et interessant fænomen, vi kan se, når et stearinlys brænder. Bunden af en brændende væge er normalt altid våd af smeltet voks (på vægen). Tilstedeværelsen af smeltet voks på vægen betyder, at stearinlyset kan brænde i lang tid. Hvad får smeltet voks til at bevæge sig opad mod den brændende væge? Vi kan observere det samme fænomen i fakler.
Mange interessante ting i vores liv ligner de fænomener, der forekommer i stearinlys og olielamper. Det er, som om væsken har ben, der gør det muligt for den at bevæge sig opad. Kan du forklare dette videnskabeligt? Et fysikbegreb, der kan forklare de fænomener, der forekommer i stearinlys, olielamper og mange andre relaterede fænomener, er kapillaritet.
Kohæsions- og adhæsionskræfter
Kohæsion er den tiltrækkende kraft mellem molekyler af det samme stof, mens den tiltrækkende kraft mellem molekyler af forskellige stoffer kaldes adhæsion. Hvis vi for eksempel hælder vand i et glas, opstår kohæsion, når vandmolekyler tiltrækker hinanden, mens adhæsion opstår, når vandmolekyler og glasmolekyler tiltrækker hinanden.
Kontaktvinkel
Før vi dykker ned i konceptet kapillaritet, må vi først forstå, hvordan klæbekræfterne og kohæsionskræfterne påvirker kapillariteten. For eksempel, overvej en væske i et glas. Når kohæsionskræfterne i de flydende molekyler er stærkere end klæbekræfterne (de tiltrækkende kræfter mellem de flydende molekyler og glasmolekylerne), vil væskens overflade krumme opad. Et eksempel på dette er, når der er vand i et glas. Det siges almindeligvis, at vand befugter glassets overflade. Omvendt, hvis klæbekræfterne er stærkere, vil væskens overflade krumme nedad. For eksempel når der er kviksølv i et glas.
Vinklen dannet af kurven kaldes kontaktvinklen. Når væskens kohæsionskraft er større end klæbekraften, er den dannede kontaktvinkel generelt mindre end 90°.o (billede a). Omvendt, hvis adhæsionskraften er større end væskekohæsionskraften, så er den dannede kontaktvinkel større end 90o (figur b). Adhæsions- og kohæsionskræfter er teoretisk vanskelige at beregne, men kontaktvinklen kan måles. Hvad er forholdet til kapillaritet?
Begrebet kapillaritet
Hvis en væskes kohæsionskraft er større end klæbekraften, vil væskens overflade krumme opad. Når vi indsætter et tyndt rør eller rør (et rør med en mindre diameter end beholderen), vil der dannes en højere sektion af væsken. Med andre ord stiger væsken i beholderen op gennem rørets søjle. Dette skyldes, at den samlede overfladespændingskraft langs rørvæggen virker opad. Den maksimale højde, en væske kan nå, er, når overfladespændingskraften er lig med eller lig med vægten af væsken i røret. Derfor kan væsken kun stige til en højde, hvor overfladespændingskraften er afbalanceret af vægten af væsken i røret.
Omvendt, hvis klæbekraften er større end væskens kohæsionskraft, vil væskens overflade krumme nedad. Når vi indsætter et tyndt rør eller rør (et rør med en mindre diameter end beholderen), vil en nedre del af væsken dannes (se billedet nedenfor).
Denne effekt er kendt som kapillærbevægelse, eller kapillaritet, og disse tynde rør kaldes kapillarrør. Det er værd at bemærke, at vores mindste blodkar også kan kaldes kapillarrør, da blodcirkulationen i disse små kar også skyldes kapillareffekten. Tilsvarende er fænomenet med smeltende voks eller petroleum, der stiger op gennem en væge, også tydeligt. Desuden menes kapillaritet at spille en afgørende rolle i bevægelsen af vand og næringsstoffer fra rødderne til bladene gennem de små xylemkar. Uden kapillaritet ville jordoverfladen tørre ud umiddelbart efter regn eller vanding. En anden vigtig effekt af kapillaritet er tilbageholdelsen af vand i mellemrummene mellem jordpartiklerne.
Kapillaritetsligning
Hvordan kan vi bestemme højden af vand, der stiger gennem en kapillarrørsøjle? Væsken ser ud til at stige op i søjlen. 
kapillarrør med en radius r til en højde h. Den kraft, der spiller en rolle i at holde væsken i en højde h, er komponenten af overfladespændingskraften i lodret retning: F cos theta.
Kapillarrørets top er åben, så der udøves atmosfærisk tryk på væskens overflade. Længden af kontaktfladen mellem væsken og røret er 2 phi r (cirklens omkreds). Derfor er størrelsen af den vertikale komponent af overfladespændingskraften, der virker langs kontaktfladen:
Hvis den opadgående kurve for væskeoverfladen ignoreres, er væskevolumenet i røret:
Væskevolumen = Rørets overfladeareal x Væskehøjde
V = A h
V = (πr² ) h
Hvis den vertikale komponent af overfladespændingskraften er afbalanceret med vægten af væskesøjlen i kapillarrøret, kan væsken ikke stige yderligere. Med andre ord vil væsken nå sin maksimale højde, når den vertikale komponent af overfladespændingskraften er afbalanceret med vægten af væsken i højden h. Den vertikale komponent af overfladespændingskraften er:
F = γ²πr cos θ
I mellemtiden er vægten af væsken i kapillarrøret:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r² h ) g
Når væsken når sin maksimale højde (h), skal den vertikale komponent af overfladespændingskraften være lig med væskens vægt i kapillarrøret. Matematisk skrives det:
Det er denne ligning, vi leder efter. Hvis du vil bestemme højden af en væskesøjle, skal du bruge denne ligning.
