Kapillarität | eLexikon | Physik - Mechanik

Kapillarität

(lat., Haarröhrchenwirkung). Wenn Flüssigkeiten mit festen Körpern in Berührung kommen, so treten verschiedene Erscheinungen ein, je nachdem die Anziehung der Flüssigkeitsteilchen aufeinander (Kohäsion) oder auf die feste Wand (Adhäsion) größer ist. Im letztern Fall breitet sich die Flüssigkeit auf dem festen Körper aus; sie erzeugt keine abgerundeten Tropfen auf demselben, sondern benetzt ihn vollständig. Taucht man den festen Körper in die Flüssigkeit ein, so zieht sie sich an der Berührungsstelle in einer konkaven Kurve über ihre freie Oberfläche hinaus.

Kraft [unkorrigiert]

Die Erklärung dieser Erscheinung liegt nahe. Auf ein Flüssigkeitsteilchen an der Wand wirkt nach unten und senkrecht von der Wand weg die Kohäsion, senkrecht gegen die Wand hin über und unter der Flüssigkeit die Adhäsion. Da nun letztere im angenommenen Fall größer ist als die Kohäsion, so ergibt sich eine Resultante schief in die Wand hinein. Die Oberfläche einer Flüssigkeit aber muß stets auf der dieselbe bildenden Kraft [* 2] senkrecht stehen, folglich erhält man hier eine Oberfläche schief nach unten von der Wand ab gerichtet.

Für die von der Wand entfernter liegenden Flüssigkeitsteilchen wird die Adhäsion immer kleiner, die Resultante nähert sich immer mehr der Richtung senkrecht nach unten, und die Oberfläche wird immer mehr wagerecht. Hieraus ergibt sich die konkave Form der Oberfläche der Flüssigkeit in der Nähe der Wand und zugleich die Bildung des konkaven Meniskus an der Oberfläche der Flüssigkeit in einer engen Röhre. Das entgegengesetzte Verhalten zeigt sich zwischen Flüssigkeiten und festen Körpern, wenn die Kohäsion größer ist als die Adhäsion. In diesem Fall breitet sich die Flüssigkeit auf dem festen Körper nicht aus; sie benetzt ihn nicht, sondern bildet Tropfen auf demselben (wie Quecksilber auf Glas). [* 3]

Hebriden, Neue - Hebun

Taucht man den festen Körper in die Flüssigkeit ein, so zieht sie sich an demselben in einer konvexen Kurve zurück, und in einer engen Röhre bildet sie einen konvexen Meniskus. In diesem Fall steht die Flüssigkeit im engern Rohr tiefer, im ersten Fall höher als in kommunizierenden weitern Gefäßen. Die Hebung [* 4] oder Senkung ist um so größer, je enger die Röhrchen sind, und da Röhrchen von Haardicke oder noch engere die Erscheinung besonders deutlich zeigen, so nannte man die Ursache derselben Kapillarität oder Haarröhrchenwirkung.

Man beobachtet an einer Flüssigkeit leicht, daß die äußerste Oberflächenschicht eine größere Kohäsion besitzt als die Flüssigkeit im Innern, wo jedes Teilchen nach allen Seiten gleich stark angezogen wird. Diese gleichen Anziehungen müssen sich gegenseitig aufheben; für die Teilchen an der Oberfläche aber bleiben schließlich viele nach unten wirkende Kräfte übrig, und die Oberflächenteilchen üben deshalb einen Druck auf das Innere der Flüssigkeit aus wie eine über dieselbe gespannte Haut. [* 5]

Kapillation - Kapital

Diese Spannung ist offenbar für eine konvexe Oberfläche größer als für eine ebene, weil in der erstern weniger nach oben ziehende Teilchen vorhanden sind; sie ist um so größer, je stärker die Oberfläche konvex gekrümmt ist, während sie umgekehrt in einer konkaven Oberfläche kleiner ist als in einer ebenen. Hieraus erklärt sich das Aufsteigen und das Fallen der [* 6] Flüssigkeit in den Haarröhrchen; denn in denselben ist wegen der konvexen oder konkaven Oberfläche der Flüssigkeit der Druck nach unten größer oder geringer als außerhalb bei ebener Fläche der Flüssigkeit, und folglich muß die Flüssigkeit im Röhrchen sinken oder steigen, bis eine Ausgleichung stattgefunden hat. Im allgemeinen gelten nun folgende Gesetze. Die Haarröhrchenwirkung ist für Röhrchen aus demselben ¶

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Stoff bei verschiedenen Flüssigkeiten verschieden; sind die Querschnitte der Röhrchen Kreise, [* 8] so verhalten sich die Erhebungen oder Herabdrückungen unter sonst gleichen Umständen umgekehrt wie die Durchmesser der Röhrchen. Zwischen zwei parallelen Platten beträgt die Höhe nur die Hälfte von derjenigen in einem cylindrischen Röhrchen, dessen Durchmesser der Entfernung der beiden Platten gleich ist. Zwischen zwei in einer vertikalen Linie sich berührenden und einen sehr kleinen Winkel [* 9] einschließenden Glasplatten erhebt sich eine die letztern benetzende Flüssigkeit so, daß die Oberfläche eine Hyperbel [* 10] bildet.

Gleichheit - Gleichsch

Zieht man ein Röhrchen aus einer es benetzenden Flüssigkeit heraus, so bleibt darin eine doppelt so hohe Flüssigkeitssäule hängen, als die Erhebung der Flüssigkeit in dem eingetauchten Röhrchen betrug. Ragt ein in eine es benetzende Flüssigkeit eintauchendes Kapillarrohr aus derselben weniger hoch hervor, als die Kapillarsäule sich darin zu erheben vermag, so tritt diese gleichwohl nicht aus der obern Öffnung aus, sondern steigt nur bis zum Rande derselben und verflacht dann ihren Meniskus, bis das Gleichgewicht [* 11] eingetreten ist.

Ein Tropfen in einem kegelförmigen Haarröhrchen oder zwischen zwei geneigten Platten bewegt sich, wenn er die Wandung benetzt, nach den engern Raumteilen hin; denn der weitere Meniskus hat weniger Krümmung als der engere, übt daher einen größern Druck als dieser aus. Für nicht benetzende Flüssigkeiten gilt überall das Gegenteil. Die neuesten Untersuchungen über die Kapillarität haben ergeben, daß der Randwinkel, d. h. der Winkel, unter welchem die Flüssigkeit sich gegen den Rand absetzt, sehr veränderlich ist, daß Gestalt und Dicke der Wand Einfluß auf die Steighöhe und Senktiefe haben, und daß die Art der Wand selbst bei bester Benetzung Einfluß äußert.

Der Kapillaritätskoeffizient wird ausgedrückt entweder durch die Steighöhe (Senktiefe) in cylindrischen Röhren [* 12] von 1 mm Halbmesser: a², oder durch das von 1 mm Begrenzungslinie gehobene (niedergedrückte) Flüssigkeitsgewicht: ^[img] (wenn s das spezifische Gewicht bedeutet), oder durch die Höhe des Ansteigens (Niedersinkens) an vertikaler Wand: a, oder durch das Gewicht des größten an einer Fläche vom Umfang U hängen bleibenden Tropfens G = U·α.

Auf die Größe des Kapillaritätskoeffizienten hat die Reinheit (besonders die oberflächliche) der Flüssigkeit und der Wand, die Anwesenheit leicht kondensierbarer Dämpfe den größten Einfluß. Mit steigender Temperatur (t) nimmt der Kapillaritätskoeffizient ab; so ist die Steighöhe für Wasser a² = 15,3321 - 0,0280396 t. Lange glaubte man, das Wasser habe den größten Kapillaritätskoeffizienten; aber Salmiaklösung und Chlorlithiumlösung haben einen etwas größern, und sehr bedeutend ist er bei Metallen, Salzen und andern Körpern bei deren Schmelztemperatur. Die Kapillarattraktion erklärt das Aufsteigen von Flüssigkeit in porösen Körpern (Ackererde, Mauern, Schwämmen, Papier, Tüchern, Dochten etc.).