Ai văzut vreodată o lumânare? Sperăm că o vei folosi. Un fenomen interesant pe care îl putem observa atunci când o lumânare arde. Partea de jos a fitilului unei lumânări aprinse este de obicei întotdeauna umedă cu ceară topită (pe fitil). Prezența cerii topite pe fitil înseamnă că lumânarea poate arde mult timp. Ce face ca ceara topită să se deplaseze în sus, spre fitilul lumânării aprinse? Putem observa același fenomen la torțe.
Multe lucruri interesante din viața noastră sunt similare cu fenomenele care au loc în lumânări și lămpi cu ulei. Este ca și cum lichidul ar avea picioare, permițându-i să se miște în sus. Puteți explica acest lucru științific? Un concept din fizică care poate explica fenomenele care au loc în lumânări, lămpi cu ulei și multe alte fenomene conexe este capilaritatea.
Forțe de coeziune și aderență
Coeziunea este forța atractivă dintre moleculele aceleiași substanțe, în timp ce forța atractivă dintre moleculele unor substanțe diferite se numește adeziune. De exemplu, dacă turnăm apă într-un pahar, coeziunea apare atunci când moleculele de apă se atrag reciproc, în timp ce aderența are loc atunci când moleculele de apă și moleculele de sticlă se atrag reciproc.
Unghiul de contact
Înainte de a aprofunda conceptul de capilaritate, trebuie mai întâi să înțelegem cum forțele adezive și coezive influențează capilaritatea. De exemplu, să luăm în considerare un lichid dintr-un pahar. Atunci când forțele de coeziune ale moleculelor de lichid sunt mai puternice decât forțele adezive (forțele atractive dintre moleculele de lichid și moleculele de sticlă), suprafața lichidului se va curba în sus. Un exemplu în acest sens este atunci când apa se află într-un pahar. Se spune în mod obișnuit că apa udă suprafața sticlei. În schimb, dacă forțele adezive sunt mai puternice, suprafața lichidului se va curba în jos. De exemplu, atunci când mercurul se află într-un pahar.
Unghiul format de curbă se numește unghi de contact. Când forța de coeziune a lichidului este mai mare decât forța de aderență, unghiul de contact format este în general mai mic de 90°.o (imaginea a). Invers, dacă forța de aderență este mai mare decât forța de coeziune a fluidului, atunci unghiul de contact format este mai mare de 90°.o (figura b). Forțele de aderență și coeziune sunt teoretic dificil de calculat, dar unghiul de contact poate fi măsurat. Care este relația cu capilaritatea?
Conceptul de capilaritate
Dacă forța de coeziune a unui lichid este mai mare decât forța de aderență, suprafața lichidului se va curba în sus. Când introducem un tub sau o țeavă subțire (o țeavă cu un diametru mai mic decât recipientul), se va forma o secțiune mai înaltă de lichid. Cu alte cuvinte, lichidul din recipient se ridică prin coloana țevii. Acest lucru se datorează faptului că forța totală de tensiune superficială de-a lungul peretelui tubului acționează în sus. Înălțimea maximă pe care o poate atinge un lichid este atunci când forța de tensiune superficială este egală sau egală cu greutatea lichidului din țeavă. Prin urmare, lichidul se poate ridica doar până la o înălțime la care forța de tensiune superficială este echilibrată de greutatea lichidului din țeavă.
În schimb, dacă forța de aderență este mai mare decât forța de coeziune a lichidului, suprafața lichidului se va curba în jos. Când introducem un tub sau o țeavă subțire (o țeavă cu un diametru mai mic decât recipientul), se va forma o parte inferioară a lichidului (vezi imaginea de mai jos).
Acest efect este cunoscut sub numele de mișcare capilară sau capilaritate, iar aceste tuburi subțiri se numesc tuburi capilare. Este demn de remarcat faptul că cele mai mici vase de sânge ale noastre pot fi numite și tuburi capilare, deoarece circulația sângelui în aceste vase minuscule se datorează, de asemenea, efectului de capilaritate. În mod similar, este evident și fenomenul topirii cerii sau al kerosenului care se ridică printr-un fitil. În plus, se crede că capilaritatea joacă un rol vital în mișcarea apei și a nutrienților de la rădăcini la frunze prin vasele minuscule ale xilemului. Fără capilaritate, suprafața solului s-ar usca imediat după ploaie sau irigații. Un alt efect important al capilarității este reținerea apei în spațiile dintre particulele de sol.
Ecuația capilarității
Cum putem determina înălțimea apei care se ridică printr-o coloană cu tub capilar? Lichidul pare să se ridice în coloană. 
tub capilar care are o rază r până la o înălțime h. Forța care joacă un rol în menținerea lichidului la o înălțime h este componenta forței de tensiune superficială în direcție verticală: F cos theta.
Partea superioară a tubului capilar este deschisă, astfel încât presiunea atmosferică este exercitată asupra suprafeței lichidului. Lungimea suprafeței de contact dintre lichid și tub este de 2 phi r (circumferința cercului). Prin urmare, magnitudinea componentei verticale a forței de tensiune superficială care acționează de-a lungul suprafeței de contact este:
Dacă se ignoră curba ascendentă a suprafeței lichidului, atunci volumul de lichid din țeavă este:
Volumul lichidului = Suprafața țevii x Înălțimea lichidului
V = Ah
V = (π r² ) h
Dacă componenta verticală a Forței de Tensiune Superficială este echilibrată cu greutatea coloanei de lichid din tubul capilar, atunci lichidul nu poate mai urca. Cu alte cuvinte, lichidul va atinge înălțimea sa maximă atunci când componenta verticală a forței de tensiune superficială este echilibrată cu greutatea lichidului la înălțimea h. Componenta verticală a forței de tensiune superficială este:
F = γ²πr cosθ
Între timp, greutatea lichidului din tubul capilar este:
w = mg
w = ρVg
w = ρ (π r² h ) g
Când lichidul atinge înălțimea maximă (h), componenta verticală a forței de tensiune superficială trebuie să fie egală cu greutatea lichidului din tubul capilar. Matematic, se scrie:
Aceasta este ecuația pe care o căutăm. Dacă doriți să determinați înălțimea unei coloane de lichid, vă rugăm să utilizați această ecuație.
