kapillärkrafter

Kapillärkrafter är de krafter som uppstår när en vätska kommer i kontakt med en fast yta i små kanaler eller porer. Dessa krafter beror på vätskans ytspänning och interaktionen mellan vätskan och ytan och leder till uppkomsten av menisker. I smala rör och porösa material kan vätskan stiga eller sjunka mot eller med gravitationen beroende på vätskans vinkel mot ytan.

Den teoretiska grunden är Laplaces sats. Kapillärtrycket Pc mellan vätska och gas över en menisk i ett cylindriskt rör ges av Pc = 2γ cosθ / r, där γ är ytspänningen, θ är kontaktvinkeln mellan vätskan och ytan och r är rörets radie. Om θ < 90° uppstår ett positivt Pc som drar vätskan uppåt, medan θ > 90° ger ett negativt Pc och en depressions av vätskan.

I porösa medier används ett motsvarande kapillärtryck som beror på porernas geometri och våtkontakt mellan vätskan och ytan. Detta driver kapillär uppsugning i jord, växters vätskeförsörjning och i tekniska tillämpningar som mikromikrofluidik och wicking i fibrer.

Jurin-lagen beskriver höjden som vätskan kan stiga i ett kapillärt rör: h = 2γ cosθ / (ρ g r). Den dynamiska uppträdanden påverkas av viskositet och geometri, och tillståndet beror på det hydrodynamiska läget samt eventuella ändringar i kontaktvinkeln.

Användningar omfattar mikrosystemteknik, bläckstrålebaserad deposition, beläggningar och vätsketransport i jord samt i plantfysiologi. Kapillärkrafter kan mätas genom tensiometri, kontaktvinkelmätningar eller kapillär uppsugningsexperiment.