Dtjytyk

Kapillareffekt i hårrøyr

Kapillarkraft er ei kraft som verkar på grenseflata mellom to ikkje-blandelege væsker eller mellom ei væske og ein gass, og skuldast overflatespenning. Kapillareffekter og kapillaritet er samlenamn på effektar som kjem av kapillarkrefter.

Kapillarkrefter er viktige for all væskerørsle i tynne røyr, òg kalla hårrøyr eller kapillarrøyr. Namnet kapillar kjem frå latin capillus og tyder hår. Dei tynnaste blodårene vert kalla kapillarar.

Dersom eit tynt røyr vert sett vertikalt ned i eit væskebad, så vil kapillarkrefter gjere at væskenivået inne i røyret avvik frå nivået utanfor røyret. Nivået inne i røyret kan vere høgare eller lågare enn utanfor, avhengig av fukteigenskapane til væska. Dess tynnare røyret er, dess større er høgdeskilnaden, og dette er skildra av Juvins regel.

Kapillarkrefter kan spele ei viktig rolle i danninga av forma til ein væskeoverflate, til dømes forma til ein drope.

Kapillaritet er òg viktige for i porøse materialar: Kapillarkrefter er til dømes årsak til at papirhandkledet trekkjer til seg vatn og at ein veike i eit ljos trekkjer opp stearin. Tynnsjiktkromatografi utnyttar kapillarkrefter i eit porøst material til å kunne analysere innhaldet i ulike stoff.

Bondtalet |

I væskemekanikk er Bondtalet eit dimensjonslaust mål for tilhøvet mellom tyngdekrefter og kapillarkrefter. Bondtalet B er definert ved

B=ρgL2γdisplaystyle B=rho gL^2 over gamma ,

I formelen er

ρdisplaystyle rho = tettleik eller tettleiksdifferanse

g = tyngdeakselerasjon

L = karakteristisk lengde for kapillarkreftene, til dømes radius i hårrøyret

γdisplaystyle gamma = overflatespenning

Ein kan òg definere den karakteristiske kapillarlengda:

Lc=γρgdisplaystyle L_c=sqrt frac gamma rho g,

og Bondtalet kan då skrivast

B=(LLc)2displaystyle B=left(L over L_cright)^2,

Kapillartrykk |

Kapillartrykk er ein trykkskilnad over grenseflata mellom to væsker. Trykkskilnaden balanserer kapillarkreftene på væskeoverflata, og denne balansen er berre mogeleg dersom væskeflata er krumma. Forholdet mellom krumminga til væskeoverflata, kapillartrykk og overflatespenning er skildra ved Young-Laplace-likninga:

pc=2γcos⁡θRdisplaystyle p_c=2gamma cos theta over R,

Her er

pcdisplaystyle p_c = kapillartrykk

γdisplaystyle gamma = overflatespenning

R = karakteristisk krummingsradius for væskeoverflata

θdisplaystyle theta = fuktvinkel

Juvins regel |

Når eit hårrøyr vert plassert vertikalt i eit væskebad er høgdedifferansen h mellom grenseflaten inne i røyret og utanfor gjeven ved Juvins regel:

h=2γcos⁡θρgrdisplaystyle h=2gamma cos theta over rho gr

Her er

γdisplaystyle gamma = overflatespenning

θ = fuktvinkel

ρdisplaystyle rho = væsketettleik

g = tyngdeakselerasjon

r = radiusen til røyret

For eit glasrøyr, vatn og luft ved havnivå kan ein bruke dei følgjande karakteristiske verdiane:

γdisplaystyle gamma = 0,0728 J/m² ved 20 °C

θ = 20° (0,35 radianar)

ρ = 1000 kg/m³

g = 9,8 m/s²

Høgdeskilnaden kan då uttrykkast som

h≈1,4×10−5m2rdisplaystyle happrox 1,4times 10^-5mathrm m ^2 over r.

Kjelder |