Hues du jeemools eng Käerz gesinn? Hoffentlech benotzt du se. En interessant Phänomen, dat mir gesinn, wann eng Käerz brennt. Den ënneschten Deel vun engem brennende Käerzendocht ass normalerweis ëmmer naass mat geschmoltenem Wachs (um Docht). D'Präsenz vu geschmoltenem Wachs um Docht bedeit, datt d'Käerz laang brenne kann. Wat bewierkt, datt geschmoltenem Wachs no uewe Richtung vum brennende Käerzendocht beweegt gëtt? Mir kënnen datselwecht Phänomen a Fackelen observéieren.
Vill interessant Saachen an eisem Liewen sinn ähnlech wéi d'Phänomener, déi a Käerzen an Ueleglampen optrieden. Et ass, wéi wann d'Flëssegkeet Been hätt, déi et erlaben, no uewe ze beweegen. Kënnt Dir dat wëssenschaftlech erklären? Ee Physikkonzept, deen d'Phänomener erkläre kann, déi a Käerzen, Ueleglampen a villen anere verwandte Phänomener optrieden, ass Kapillaritéit.
Kohäsiouns- a Adhäsiounskräften
Kohäsioun ass d'Attraktiounskraaft tëscht Molekülle vun der selwechter Substanz, während d'Attraktiounskraaft tëscht Molekülle vu verschiddene Substanzen Adhäsioun genannt gëtt. Zum Beispill, wa mir Waasser an e Glas schëdden, entsteet Kohäsioun wann Waassermolekülle sech géigesäiteg unzéien, während Adhäsioun entsteet wann Waassermolekülle a Glasmolekülle sech géigesäiteg unzéien.
Kontaktwénkel
Ier mer eis mam Konzept vun der Kapillaritéit beschäftegen, musse mer als éischt verstoen, wéi Haftungs- a Kohäsiounskräfte d'Kapillaritéit beaflossen. Zum Beispill, betruecht eng Flëssegkeet an engem Glas. Wann d'Kohäsiounskräfte vun de Flëssegkeetsmoleküle méi staark si wéi d'Haftungskräfte (d'Attraktiounskräfte tëscht de Flëssegkeetsmoleküle an de Glasmoleküle), béit sech d'Uewerfläch vun der Flëssegkeet no uewen. E Beispill dofir ass wann Waasser an engem Glas ass. Et gëtt allgemeng gesot, datt Waasser d'Uewerfläch vum Glas naass mécht. Am Géigendeel, wann d'Haftungskräfte méi staark sinn, béit sech d'Uewerfläch vun der Flëssegkeet no ënnen. Zum Beispill wann Quecksëlwer an engem Glas ass.
De Wénkel, deen duerch d'Kurv geformt gëtt, gëtt Kontaktwénkel genannt. Wann d'Kohäsiounskraaft vun der Flëssegkeet méi grouss ass wéi d'Haftkraaft, ass de geformte Kontaktwénkel am Allgemengen manner wéi 90°.o (Bild a). Am Géigendeel, wann d'Adhäsiounskraaft méi grouss ass wéi d'Flëssegkeetskohäsiounskraaft, dann ass de geformte Kontaktwénkel méi grouss wéi 90o (Figur b). Adhäsiouns- a Kohäsiounskräfte si theoretesch schwéier ze berechnen, awer de Kontaktwénkel kann gemooss ginn. Wéi ass d'Bezéiung mat der Kapillaritéit?
De Konzept vun der Kapillaritéit
Wann d'Kohäsiounskraaft vun enger Flëssegkeet méi grouss ass wéi d'Haftkraaft, béit sech d'Uewerfläch vun der Flëssegkeet no uewe. Wann mir eng dënn Rouer oder Päif (e Päif mat engem méi klenge Duerchmiesser wéi de Behälter) asetzen, bildt sech eng méi héich Sektioun vun der Flëssegkeet. An anere Wierder, d'Flëssegkeet am Behälter klëmmt duerch d'Sail vum Päif. Dëst ass well déi total Uewerflächenspannungskraaft laanscht d'Päifwand no uewe wierkt. Déi maximal Héicht, déi eng Flëssegkeet erreeche kann, ass wann d'Uewerflächenspannungskraaft gläich oder gläich dem Gewiicht vun der Flëssegkeet am Päif ass. Dofir kann d'Flëssegkeet nëmmen op eng Héicht klammen, wou d'Uewerflächenspannungskraaft duerch d'Gewiicht vun der Flëssegkeet am Päif ausgeglach ass.
Am Géigendeel, wann d'Haftkraaft méi grouss ass wéi d'Kohäsiounskraaft vun der Flëssegkeet, béit sech d'Uewerfläch vun der Flëssegkeet no ënnen. Wann mir eng dënn Rouer oder Päif (e Päif mat engem méi klengen Duerchmiesser wéi de Behälter) asetzen, bildt sech en ënneschten Deel vun der Flëssegkeet (kuckt d'Bild hei drënner).
Dësen Effekt ass bekannt als Kapillarbewegung oder Kapillaritéit, an dës dënn Réier gi Kapillarréier genannt. Et ass derwäert ze bemierken, datt eis klengst Bluttgefässer och Kapillarréier genannt kënne ginn, well d'Blutzirkulatioun an dëse klenge Gefässer och op de Kapillareffekt zréckzeféieren ass. Ähnlech ass de Phänomen vum schmëlzende Wachs oder Kerosin, deen duerch e Wiech eropgeet, och evident. Ausserdeem gëtt ugeholl, datt d'Kapillaritéit eng wichteg Roll bei der Bewegung vu Waasser an Nährstoffer vun de Wuerzelen an d'Blieder duerch déi kleng Xylemgefässer spillt. Ouni Kapillaritéit géif d'Buedemuewerfläch direkt no Reen oder Bewässerung ausdréchnen. En aneren wichtegen Effekt vun der Kapillaritéit ass d'Retention vu Waasser an de Lächer tëscht de Buedempartikelen.
Kapillaritéitsgläichung
Wéi kënne mir d'Héicht vum Waasser bestëmmen, dat duerch eng Kapillarröhrenkolonn eropgeet? D'Flëssegkeet schéngt an der Kolonn eropzeklammen. 
Kapillarröhrchen, dat e Radius r bis zu enger Héicht h huet. D'Kraaft, déi eng Roll spillt fir d'Flëssegkeet op enger Héicht h ze halen, ass d'Komponent vun der Uewerflächespannungskraaft a vertikaler Richtung: F cos theta.
D'Spëtzt vum Kapillarröhrchen ass op, sou datt Atmosphärendrock op der Uewerfläch vun der Flëssegkeet ausgeübt gëtt. D'Längt vun der Kontaktfläch tëscht der Flëssegkeet an dem Röhrchen ass 2 phi r (den Ëmfang vum Krees). Dofir ass d'Gréisst vun der vertikaler Komponent vun der Uewerflächespannungskraaft, déi laanscht d'Kontaktfläch wierkt:
Wann déi opwäerts Kurve vun der Flëssegkeetsuewerfläch ignoréiert gëtt, dann ass de Volumen vun der Flëssegkeet am Rouer:
Volumen vun der Flëssegkeet = Uewerfläch vum Rouer x Héicht vun der Flëssegkeet
V = Ah
V = (π r² ) h
Wann déi vertikal Komponent vun der Uewerflächenspannungskraaft mam Gewiicht vun der Flëssegkeetssail am Kapillarröhrchen ausgeglach ass, da kann d'Flëssegkeet net méi weider eropgoen. An anere Wierder, d'Flëssegkeet erreecht hir maximal Héicht, wann déi vertikal Komponent vun der Uewerflächenspannungskraaft mam Gewiicht vun der Flëssegkeet op der Héicht h ausgeglach ass. Déi vertikal Komponent vun der Uewerflächenspannungskraaft ass:
F = γ²πr cos θ
Mëttlerweil ass d'Gewiicht vun der Flëssegkeet am Kapillarröhrchen:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r² h ) g
Wann d'Flëssegkeet hir maximal Héicht (h) erreecht, muss déi vertikal Komponent vun der Uewerflächespannungskraaft gläich dem Gewiicht vun der Flëssegkeet am Kapillarröhrchen sinn. Mathematesch gesäit een dat esou:
Dëst ass d'Equatioun, déi mir sichen. Wann Dir d'Héicht vun enger Flëssegkeetssail bestëmme wëllt, benotzt w.e.g. dës Equatioun.
