kapillärverkan

Kapillärverkan är det fenomen där vätska rör sig i små utrymmen, till exempel i kapillärrör eller i porösa material, tack vare samverkan mellan vätskans molekyler och ytan. Vätskan kan stiga upp i ett smalt rör eller spridas genom tyg eller jordens porer. Fenomenet är centralt i naturliga och tekniska sammanhang och påverkas av ytspänning, våtbarhet och geometrin hos vätskan och omgivningen.

I ett smalt kapillärrör uppstår en kapillärtryckskillnad som kan driva vätskan uppåt mot gravitationen. Om vätskan är våtbar mot väggarna (låg kontaktvinkel θ) blir menisken konkav och vätskan klättrar uppåt. Höjden h följer Jurins lag: h = 2 γ cos θ /(ρ g r), där γ är ytspänningen, θ kontaktvinkeln, ρ densiteten, g gravitationen och r rörets inre radie. Om θ < 90° är cos θ positivt och vätskan stiger.

I porösa medier beskrivs den dynamiska transporten ofta av Washburns lag: L^2 = (r_eff γ cos θ /(2 η)) t, där L är det avstånd vätskan har nått, r_eff är den effektiva porernas radie och η vätskans viskositet.

Användningar inkluderar transport av vätskor i papper och textilier, bläck- och färgningstekniker, kromatografi och bränsleceller. Kapillärkrafter används även i wick-system för uppvärmning eller kylning och i studier av vattenrörelser i växter.

Begränsningar: effekten är mest markant i små radii; i större kärl dominerar gravitation och tryckskillnader. Ytans egenskaper, temperatur och porers geometri avgör hur stark kapillärverkan är i ett givet system.