Kraaft vun der Kohäsioun an der Adhäsioun
D'Kohäsiounskraaft ass eng Attraktiounskraaft tëscht Molekülle vun enger ähnlecher Substanz, während eng Attraktiounskraaft tëscht Molekülle vun enger ongläicher Substanz Adhäsiounskraaft genannt gëtt. Zum Beispill schëdden mir Waasser an e Glas. Kohäsioun geschitt wann Waassermolekülle sech géigesäiteg unzéien, während Adhäsioun geschitt wann Waassermolekülle a Glasmolekülle sech géigesäiteg unzéien.
Kontakt Wénkel
Ier mer de Konzept vun der Kapillaritéit léieren, verstoe mer als éischt den Afloss vun der Adhäsiounskraaft an der Kohäsiounskraaft op d'Kapillaritéit. Zum Beispill kucke mer eis d'Flëssegkeet an engem Glas un. Wann d'Kohäsiounskraaft vum flëssege Molekül méi staark ass wéi d'Adhäsiounskraaft (d'Zuchkraaft tëscht dem flëssege Molekül an dem Glasmolekül), bildt d'Flëssegkeetsuewerfläch eng no uewen geriicht Kurve. E Beispill dofir ass wann d'Waasser an engem Glas ass. Normalerweis seet een, datt Waasser d'Uewerfläch vum Glas duerchnäipt. Am Géigendeel, wann d'Adhäsiounskraaft méi staark ass, da 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 de Kontaktwénkel genannt. Wann d'Kohäsiounskraaft vun der Flëssegkeet méi héich ass wéi d'Adhäsiounskraaft, ass de geformte Kontaktwénkel am Allgemengen méi kleng wéi 90°.o (Figur a). Am Géigendeel, wann d'Adhäsiounskraaft méi héich ass wéi d'Flëssegkeetskohesiounskraaft, ass de Kontaktwénkel, deen entsteet, méi grouss wéi 90°o (Figur b). Adhäsiounskräften a Kohäsiounskräften sinn theoretesch schwéier ze berechnen, awer Kontaktwénkelen kënne gemooss ginn. Wat huet dat mat Kapillaritéit ze dinn?
Kapillaritéitskonzept
Wann d'Kohäsiounskraaft vun der Flëssegkeet méi grouss ass wéi d'Adhäsiounskraaft, krullt sech d'Flëssegkeetsuewerfläch no uewen. Wann mir eng dënn Rouer oder Päif (e Päif, deem säin Duerchmiesser méi kleng ass wéi de Behälter) asetzen, klëmmt d'Flëssegkeet am Behälter duerch d'Päifkolonn erop. Dëst ass well d'Kraaft vun der gesamter Uewerflächespannung laanscht d'Päifwand no uewen wierkt. Déi maximal Héicht, déi eng Flëssegkeet erreeche kann, ass wann d'Uewerflächespannungskraaft gläich dem Gewiicht vun der Flëssegkeet am Päif ass. Dofir kann d'Flëssegkeet nëmmen op eng Héicht klammen, wou d'Uewerflächespannungskraaft mam Gewiicht vun der Flëssegkeet am Päif ausgeglach ass.
Am Géigendeel, wann d'Adhäsiounskraaft 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 se en ënneschten Deel vun der Flëssegkeet (kuckt d'Bild hei drënner).
Dësen Effekt ass bekannt als Kapillär, an dat dënnt Rouer gëtt Kapillarröhrchen genannt. Denkt drun, datt eis klengst Bluttgefässer och Kapillarréier genannt kënne ginn, well d'Blutzirkulatioun a klenge Bluttgefässer och duerch d'Effekter vun der Kapillär geschitt. Och de Phänomen vum opsteigende Schmelze vu Wachs oder Kerosin duerch d'Achs. Ausserdeem gëtt ugeholl, datt d'Kapillaritéit och eng wesentlech Roll beim Passage vu Waasser an Nährstoffer vun de Wuerzelen an d'Blieder duerch d'Xylemgefässer spillt. Wann et keng Kapillaritéit gëtt, dréchent d'Buedemuewerfläch direkt no Reen aus. En aneren bedeitenden Effekt vun der Kapillaritéit ass d'Retentioun vu Waasser an de Lächer tëscht de Buedempartikelen.
Kapillaritéitsgläichung
Wéi kënne mir d'Héicht vum Waasser bestëmmen, dat duerch d'Kapillarrohrsail eropgeet? D'Flëssegkeet klëmmt an der Kapillarrohrsail, déi e Radius r bis zur Héicht h huet. D'Kraaft, déi wierkt fir d'Flëssegkeet op der Héicht h ze halen, ass d'Komponent vun der Uewerflächespannungskraaft a vertikaler Richtung: F cos θ.
D'Spëtzt vum Kapillarröhrchen ass op, sou datt et Atmosphärendrock op der Uewerfläch vun der Flëssegkeet gëtt. D'Längt vun der Beréierungsfläch tëscht der Flëssegkeet an dem Rouer ass 2πr (Ëmfang). Dofir ass d'Gréisst vun der Uewerflächespannungskraaft vun de vertikale Komponenten, déi laanscht d'Kontaktfläche wierken,:
F = Uewerflächenspannungskraaft, γ = Uewerflächespannung, r = Radius vum Kapillarröhrchen, θ = Kontaktwénkel
Wann déi gekrëmmt no uewen gekrëmmt Uewerfläch ignoréiert gëtt, ass de Volume vun der Flëssegkeet am Rouer:
Flëssegkeetsvolumen = d'Uewerfläch vum Rouer x d'Héicht vun der Flëssegkeet
V = Ah
V = (π r2)h an
Wann déi vertikal Komponent vun der Uewerflächenspannungskraaft mam Gewiicht vun der Flëssegkeetssail am Kapillarröhrchen ausgeglach ass, da kann d'Flëssegkeet net méi eropgoen. An anere Wierder, d'Flëssegkeet erreecht hir maximal Héicht, wann déi vertikal Komponent vun der Uewerflächenspannungskraaft mam Gewiicht vun der Flëssegkeet ausgeglach ass, sou héich wéi h. Déi vertikal Komponent vun der Uewerflächenspannungskraaft ass:
F = γ²πr cos θ
Wärend d'Gewiicht vun der Flëssegkeet am Kapillarröhrchen ass:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r2 h) g
Wann d'Flëssegkeet hir maximal Héicht (h) erreecht, gëtt déi vertikal Komponent vun der Uewerflächespannungskraaft mmuss dem Gewiicht vun der Flëssegkeet am Kapillarröhrchen gläich sinn. Mathematesch geschriwwe:
Dëst ass d'Equatioun, déi mir sichen. Wann Dir d'Héicht vun der Flëssegkeetssail bestëmme wëllt, kënnt Dir dës Equatioun benotzen.
