Forca e Kohezionit dhe Ngjitjes
Forca e kohezionit është një forcë tërheqëse midis molekulave në një substancë të ngjashme, ndërsa një forcë tërheqëse midis molekulave të një substance të pabarabartë quhet Forca e Ngjitjes. Për shembull, ne derdhim ujë në një gotë. Kohezioni ndodh kur molekulat e ujit tërheqin njëra-tjetrën, ndërsa ngjitja ndodh kur molekulat e ujit dhe molekulat e qelqit tërheqin njëra-tjetrën.
Këndi i kontaktit
Para se të mësojmë konceptin e Kapilaritetit, së pari kuptojmë se si ndikon forca e ngjitjes dhe forca e kohezionit në kapilaritet. Për shembull, shqyrtojmë lëngun në një gotë. Kur forca e kohezionit e molekulës së lëngut është më e fortë se forca e ngjitjes (forca tërheqëse midis molekulës së lëngut dhe molekulës së qelqit), sipërfaqja e lëngut do të formojë një kurbë lart. Një shembull i këtij rasti është kur uji është në një gotë. Zakonisht, thuhet se uji e përthith sipërfaqen e qelqit. Anasjelltas, nëse forca e ngjitjes është më e fortë, atëherë sipërfaqja e lëngut do të përkulet poshtë. Për shembull, kur zhiva është në një gotë.
Këndi i formuar nga kurba quhet këndi i kontaktit. Kur forca e kohezionit të lëngut është më e lartë se forca e ngjitjes, këndi i kontaktit i krijuar është përgjithësisht më i vogël se 90°.o (figura a). Anasjelltas, nëse forca e ngjitjes është më e lartë se forca e kohezionit të lëngut, këndi i kontaktit i krijuar është më i madh se 90°.o (figura b). Forcat e ngjitjes dhe forcat e kohezionit janë teorikisht të vështira për t'u llogaritur, por këndet e kontaktit mund të maten. Çfarë lidhje ka kjo me kapilaritetin?
Koncepti i kapilaritetit
Nëse forca e kohezionit të lëngut është më e madhe se forca e ngjitjes, sipërfaqja e lëngut do të përkulet lart. Kur futim një tub ose tub të hollë (një tub diametri i të cilit është më i vogël se ena), lëngu në enë ngrihet përmes kolonës së tubit. Kjo ndodh sepse forca e tensionit të përgjithshëm sipërfaqësor përgjatë murit të tubit vepron lart. Lartësia maksimale që një lëng mund të arrijë është kur forca e tensionit sipërfaqësor është e barabartë me peshën e lëngut në tub. Pra, lëngu mund të ngrihet vetëm në një lartësi ku forca e tensionit sipërfaqësor është e balancuar me peshën e lëngut në tub.
Anasjelltas, nëse forca e ngjitjes është më e madhe se forca e kohezionit të lëngut, sipërfaqja e lëngut do të përkulet poshtë. Kur futim një tub ose tub të hollë (një tub me diametër më të vogël se ena), ai do të formojë një pjesë të poshtme të lëngut (shih figurën më poshtë).
Ky efekt njihet si kapilar, dhe tubi i hollë quhet tub kapilar. Mbani mend se enët tona më të vogla të gjakut mund të quhen edhe tuba kapilarë sepse qarkullimi i gjakut në enët e vogla të gjakut ndodh gjithashtu për shkak të efekteve të kapilarit. Po kështu, fenomeni i shkrirjes në rritje të dyllit ose vajgurit përmes boshtit. Për më tepër, besohet gjithashtu se kapilariteti luan një rol thelbësor në kalimin e ujit dhe substancave ushqyese nga rrënjët në gjethe përmes enëve të ksilemës. Nëse nuk ka kapilaritet, sipërfaqja e tokës do të thahet menjëherë pas shiut. Një efekt tjetër i rëndësishëm i kapilaritetit është mbajtja e ujit në boshllëqet midis grimcave të tokës.
Ekuacioni i kapilaritetit
Si mund ta përcaktojmë lartësinë e ujit që ngrihet përmes kolonës së tubit kapilar? Lëngu ngrihet në kolonën e tubit kapilar, e cila ka një rreze r deri në lartësinë h. Forca që vepron në mbajtjen e lëngut në lartësinë h është përbërësi i forcës së tensionit sipërfaqësor në drejtimin vertikal: Fcos θ.
Pjesa e sipërme e tubit kapilar është e hapur në mënyrë që të ketë presion atmosferik në sipërfaqen e lëngut. Gjatësia e sipërfaqes së prekjes midis lëngut dhe tubit është 2πr (perimetri). Kështu, madhësia e forcës së tensionit sipërfaqësor të komponentëve vertikalë që veprojnë përgjatë sipërfaqes së kontaktit është:
F = Forca e tensionit sipërfaqësor, γ = Tensioni sipërfaqësor, r = rrezja e tubit kapilar, θ = Këndi i kontaktit
Nëse sipërfaqja e lakuar lart injorohet, vëllimi i lëngut në tub është:
Vëllimi i lëngut = sipërfaqja e tubit x-lartësia e lëngut
V = A h
V = (π r2 ) h
Nëse komponenti vertikal i Forcës së Tensionit Sipërfaqësor është i balancuar me peshën e kolonës së lëngut në tubin kapilar, atëherë lëngu nuk mund të ngrihet përsëri. Me fjalë të tjera, lëngu do të arrijë lartësinë e tij maksimale, nëse komponenti vertikal i forcës së tensionit sipërfaqësor është i balancuar me peshën e lëngut, deri në h. Komponenti vertikal i forcës së tensionit sipërfaqësor është:
F = γ 2π r cos θ
Ndërsa pesha e lëngut në tubin kapilar është:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r 2 h) g
Kur lëngu arrin lartësinë e tij maksimale (h), përbërësi vertikal i forcës së tensionit sipërfaqësor duhet të jetë i barabartë me peshën e lëngut në tubin kapilar. Matematikisht, shkruhet:
Ky është ekuacioni që po kërkojmë. Nëse doni të përcaktoni lartësinë e kolonës së lëngshme, ju lutemi merrni në konsideratë përdorimin e këtij ekuacioni.
