Krêft fan kohesje en adhesje
Kohesjekrêft is in oanlûkingskrêft tusken molekulen yn in ferlykbere stof, wylst in oanlûkingskrêft tusken molekulen fan in ûngelikense stof de Adhesjekrêft neamd wurdt. Bygelyks, wy jitte wetter yn in glês. Kohesje ûntstiet as wettermolekulen inoar oanlûke, wylst adhesje ûntstiet as wettermolekulen en glêsmolekulen inoar oanlûke.
Kontakt hoeke
Foardat wy it konsept fan kapillariteit leare, begripe wy earst hoe't de adhesionkrêft en kohesionkrêft ynfloed hawwe op kapillariteit. Bygelyks, wy besjogge de floeistof yn in glês. As de kohesionkrêft fan it floeibere molekule sterker is as de adhesionkrêft (de lûkkrêft tusken it floeibere molekule en it glêsmolekule), sil it floeibere oerflak in opwaartse kromme foarmje. In foarbyld hjirfan is as it wetter yn in glês is. Meastentiids wurdt sein dat wetter it oerflak fan it glês wiet makket. Omkeard, as de adhesionkrêft sterker is, dan sil it oerflak fan 'e floeistof nei ûnderen bûge. Bygelyks, as kwik yn in glês is.
De hoeke dy't troch de kromme foarme wurdt, wurdt de kontakthoeke neamd. As de kohesjekrêft fan 'e floeistof heger is as de adhesjekrêft, is de kontakthoeke dy't ûntstiet oer it algemien lytser as 90.o (figuer a). Omkeard, as de adhesjekrêft heger is as de floeistofkohesjekrêft, is de kontakthoeke dy't ûntstiet grutter as 90o (figuer b). Adhesjekrêften en kohesjekrêften binne teoretysk lestich te berekkenjen, mar kontakthoeken kinne wurde metten. Wat hat it te krijen mei kapillariteit?
Kapillariteitskonsept
As de kohesjekrêft fan 'e floeistof grutter is as de adhesjekrêft, sil it oerflak fan 'e floeistof nei boppen krûlje. As wy in tinne buis of piip ynfoegje (in piip wêrfan de diameter lytser is as de kontener), komt de floeistof yn 'e kontener omheech troch de piipkolom. Dit komt om't de krêft fan 'e totale oerflakspanning lâns de buiswand nei boppen wurket. De maksimale hichte dy't in floeistof berikke kin is as de oerflakspanningskrêft gelyk is oan it gewicht fan 'e floeistof yn 'e piip. De floeistof kin dus allinich nei in hichte opstean wêr't de oerflakspanningskrêft yn lykwicht is mei it gewicht fan 'e floeistof yn 'e piip.
Omkeard, as de adhesjekrêft grutter is as de kohesjekrêft fan 'e floeistof, sil it oerflak fan 'e floeistof nei ûnderen bûge. As wy in tinne buis of piip ynfoegje (in piip mei in lytsere diameter as de kontener), sil it in leger diel fan 'e floeistof foarmje (sjoch ôfbylding hjirûnder).
Dit effekt is bekend as it kapillêr, en de tinne piip wurdt de kapillêre buis neamd. Hâld der rekken mei dat ús lytste bloedfetten ek kapillêre pipen neamd wurde kinne, om't bloedsirkulaasje yn lytse bloedfetten ek foarkomt troch de effekten fan kapillêr. Likegoed is it ferskynsel fan opkommende smelten fan waaks of kerosine troch de as. Fierder wurdt ek leaud dat kapillariteit in essensjele rol spilet yn 'e trochgong fan wetter en fiedingsstoffen fan' e woartels nei de blêden fia de xyleemfetten. As der gjin kapillariteit is, sil it boaiemoerflak direkt nei rein útdroegje. In oar wichtich effekt fan kapillariteit is it behâld fan wetter yn 'e gatten tusken boaiemdieltsjes.
Kapillariteitsfergeliking
Hoe kinne wy de hichte fan it wetter bepale dat troch de kapillêre piipkolom omheech komt? De floeistof komt omheech yn 'e kapillêre piipkolom, dy't in straal r hat oant de hichte h. De krêft dy't wurket om de floeistof op hichte h te hâlden is de komponint fan 'e oerflakspanningskrêft yn 'e fertikale rjochting: F cos θ.
De boppekant fan 'e kapillêre buis is iepen, sadat der atmosfearyske druk op it oerflak fan 'e floeistof is. De lingte fan it oanrekkingsflak tusken de floeistof en de piip is 2πr (omtrek). Sa is de grutte fan 'e oerflakspanningskrêft fan 'e fertikale komponinten dy't lâns it kontaktflak wurkje:
F = Oerflaktespanningskrêft, γ = Oerflaktespanning, r = radius fan 'e kapillêre buis, θ = Kontakthoeke
As it kromme opwaartse oerflak negearre wurdt, is it folume fan floeistof yn 'e piip:
Fluïdumvolume = it oerflak fan 'e piip x-hichte fan 'e floeistof
V = Ach
V = (π r² ) h
As de fertikale komponint fan 'e oerflakspanningskrêft lykwichtich is mei it gewicht fan 'e floeistofkolom yn 'e kapillêre buis, dan kin de floeistof net wer omheech. Mei oare wurden, de floeistof sil syn maksimale hichte berikke, as de fertikale komponint fan 'e oerflakspanningskrêft lykwichtich is mei it gewicht fan 'e floeistof, sa heech as h. De fertikale komponint fan 'e oerflakspanningskrêft is:
F = γ²πr cos θ
Wylst it gewicht fan 'e floeistof yn 'e kapillêre piip is:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r² h ) g
As de floeistof syn maksimale hichte (h) berikt, moat de fertikale komponint fan 'e oerflakspanningskrêft gelyk wêze oan it gewicht fan 'e floeistof yn 'e kapillêre buis. Wiskundich skreaun:
Dit is de fergeliking dy't wy sykje. As jo de hichte fan 'e floeistofkolom bepale wolle, beskôgje dan asjebleaft it brûken fan dizze fergeliking.
