Kapillaritás - Fizikaiskola
A Tejút családfája
A nanodiamandok teljesen integrált vezérlése
Kicsit közelebb a naphoz
Mitől ragyognak a csillagok
Egyirányú utca az elektronok számára
Új számban talált több száz példányt Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica-ból
Naprendszerünk kevesebb mint 200 000 év alatt alakult ki
hajszálcsövesség
hajszálcsövesség vagy Kapilláris hatás (lat. capillaris, A hajat illetően) a folyadékok viselkedése, amelyek kapillárisokkal érintkeznek, pl. B. keskeny csövek, hasadékok vagy üregek szilárd anyagban. Ezeket a hatásokat maguk a folyadékok felületi feszültsége, valamint a folyadékok és a szilárd felület közötti határfelületi feszültség okozza. Ilyen például egy kis, vízbe merített üvegcső, amelyben a keskeny üvegcsőben lévő víz kissé megemelkedik a gravitációs erővel szemben.
Hatások
A Kapilláris felemelkedés folyadékok esetén fordul elő, amelyek nedvesítik a kapilláris anyagát, például vízzel üvegen vagy papírszálakon. A víz üvegcsőben emelkedik és egyet alkot homorú Felület (meniszkusz). Ez a viselkedés a tapadási erőnek köszönhető (két anyag között ható erő).
A Kapilláris depresszió akkor fordul elő, amikor a folyadék nem nedvesíti meg az edény felületének anyagát. Ilyenek például a higany üvegen vagy a víz zsírozott felületű üvegen. Az ilyen folyadékok csőtartalma alacsonyabb, mint a környezetben, és a konvex felület.
Egy bizonyos minimális átmérőig, minél kisebb a kapillárisok átmérője, annál nagyobb a kapilláris nyomás és az emelkedés, lásd az alábbi képletet és táblázatot.
A törlőkendő nagy nedvszívó képességgel rendelkezik, ha szerkezete nem omlik össze kapilláris nyomás alatt.
Egy csőben a folyadék a cső falán tapadó erők hatására emelkedik, és csak a végéig, még akkor is, ha a kapillaritás nagyobb emelkedési magasságot engedett meg.
Egy kúpos csőben a felületi feszültség folyékony fóliát vezet a kisebb átmérő irányába, amely pipettában elősegíti az ürítést.
Durva szemcsés, kapilláris-törő réteg megakadályozza az épületek nedvességének növekedését vagy az útfelület fagykárosodását.
Képlet (kapilláris egyenlet)
A mászás magassága H egy folyadékoszlopot ad:
$ \ sigma $ = Felületi feszültség θ = Érintési szög ρ = A folyadék sűrűsége G = Gyorsulás a gravitáció miatt r = A cső sugara
Vízzel töltött üvegcső esetében, amely tengerszint feletti magasságban nyitott (1 013,25 hPa):
$ \ sigma $ = 0,0728 J/m² 20 ° C-on θ = 20 ° = 0,35 rad ρ = 1000 kg/m³ G = 9,81 m/s²
a következő eredmények az emelkedés magasságához:
$ h \ kb \ frac4 \ cdot 10 ^ \ mathrm ^> $
| 1 m | 0,014 mm |
| 10 centiméter | 0,14 mm |
| 1 cm | 1,4 mm |
| 1 mm | 14 mm |
| 0,1 mm | 14 cm |
| 0,01 mm | 1,4 m |
A Washburn-egyenlet a porózus anyagok kapilláris áramlását írja le, a gravitáció figyelembevétele nélkül.
Molekuláris megfontolások
Alapvetően a kapillaritás hatása az anyagon belül fellépő molekuláris erőkön (kohéziós erők), valamint a folyadék, a szilárd anyag (az érfal) és a gáz (például a levegő) közötti határfelületen (tapadó erők) alapul. Gyakran a kapilláris hatásnak felületi feszültsége is van.
A test belsejében az adott molekulára a környezetéből ható erők kioltják egymást. A széleken azonban van egy olyan erő, amely az anyagtól függően a folyadékba vagy a folyadékba irányul. Ha az érfal hatása a folyadékban lévő kohéziós erőkkel szemben kicsi, akkor a keletkező erő a folyadék belsejébe mutat. Felülete lefelé hajlik a falral való érintkezés helyén, és nem nedvesíti meg az edény falát (pl. Higany az üvegedényben). Ha azonban az edény falának hatása a folyadékban lévő kohéziós erőkre nagy, akkor a kapott erő az érfal felé mutat, és a folyadék felfelé hajlik a szélén. A folyadék nedvesíti a falat (pl. Víz vagy ásványolaj egy üvegedényben).
Praktikus alkalmazások
Tintatoll: Az alkalmazás egyik példája a töltőtoll vagy a töltőtoll vagy annak hegye. Rendszerint hosszában félúton van egy kicsi, kerek lyuk, amelyben a tinta összegyűlik, hogy onnan kapillárisan, egy nagyon finom résen keresztül a csúcsig szállítsa.
Papír: Nem lehet folyékony tintával nem nedves felületre írni. Ezért töltőtollal üvegre írni alig lehet, mert a tinta nem nedvesíti az üveg felületét, és ezért nem tapad hozzá. A tinta megtapadhat a nedvesítő közegeken, például a papíron. A papír kapilláris hatás révén elnyeli a tintát is, akár fejjel lefelé is lehet írni.
Növények: A fáknál és más növényeknél a vizet a gyökerek elnyelik, majd a koronához szállítják, ahol a levelek (vagy tűk) sztómáiból elpárolog, vagy a fotoszintézishez szükséges. A gravitációval szemben szállítva a növény felső területén lévő párolgás szívásként (izzadásszívás) működik, a növény vízének összetartó erői megakadályozzák a folyadék áramlásának elszakadását, az ozmotikus hatású (gyökérnyomás) kapilláris hatás pedig az emelkedést kedvez. [1] Új eredmények szerint a fák elérhetik a maximális 130 méteres magasságot, mivel az ozmotikus nyomás a kapilláris erőkkel együtt már nem elegendő a gravitáció legyőzéséhez. [2]
Kémia: A papírkromatográfiában a kapilláris hatást alkalmazzák, amikor az oldatot egy speciális papírra csepegtetik és felemelkedik rajta, az oldat alkatrészeit magával hordva. A különböző távolság miatt a szövetek elválaszthatók.
Gyógyszer: Kis mennyiségű vér levétele érdekében kis szúrást végezhet az ujjakon vagy a fülcimpán lévő edényekben, és egy vékony gyűjtőcsövet tarthat, amelyben a vér a kapilláris hatás miatt felemelkedik, és így összegyűjthető.
Textil: A papírhoz hasonló szívóhatás figyelhető meg a rongyok vagy szövetek tisztításakor is. Ugyanez vonatkozik a szivacsokra is. Papírra, tisztító rongyokra és szivacsokra a következőket kell alkalmazni: minél nagyobb a belső felület (kötetenként), annál nagyobb a szívóhatás.
Forrasztás: Ugyanez a hatás forrasztás közben is bekövetkezik: a folyékony forrasztóanyag a kapilláris működésen keresztül például a rézcsőszerelvények résébe áramlik. Huzalhálót, az öntelenítő fonatot gyakran használnak az elektronikus alkatrészek leválasztásához nyomtatott áramköri lapokról.
A forrasztási eredmény minősége azonnal felismerhető a forrasztókúp alakjából. Nem kellene ennek homorú és a táblán laposan elvékonyodik, valószínűleg hideg forrasztási kötés. A kapillaritás miatt „felső” forrasztás is lehetséges.
Építkezés: Megfelelő védintézkedés nélküli házakban és építményekben a kapilláris hatás gyakran megfigyelhető a falazatban - itt azonban nem kívánatos, mert a felhasznált építőanyagok a pórustartalomtól függően lehetővé teszik a nedvesség különböző fokú emelkedését a gravitációval szemben (főleg a talajjal közvetlen érintkezésben a talajjal). Az építőanyag hővezető képessége a nedvesség felszívódásának növekedésével növekszik, így az épület hővesztesége nő. Például a téglából (enyhén megégett), a szénsavas betonból (úgynevezett "szénsavas beton") és a mészhomok téglákból készült falak nagy nedvszívó képességgel rendelkeznek, míg a keményen égetett téglák (klinker) és a betonok kapilláris hatása lényegesen alacsonyabb. Az épületek kapilláris áramlásának megszakítása érdekében vízálló elválasztó rétegeket, pl. B. a telepített bitumenes lap.
Borászat: A borászatban a borok etanoltartalmának mérésére vinométereket használnak, amelyek a bor kapillaritásán alapulnak, amely függ az etanoltartalomtól.