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Kapillareffekt

Kapillareffekt Definition

Kapillar Aszension

Kapillardepression

Kapillareffekt Beispiele

Kapillargleichung

Molekulare Hintergründe

Prozess in der Pflanze

 

 

Kapillareffekt Definition

  • Der Kapillareffekt (lat. Capillaris) beschreibt das Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit engen Röhren, Spalten oder Hohlräumen in Feststoffen.
  • Dieser Effekt wird durch das Wechselspiel zwischen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und der Grenzspannung zwischen Flüssigkeit und der festen Oberfläche hervorgerufen.

 

Kapillar Aszension

  • Flüssigkeiten die das Material des Kapillargefäßes benetzen (z.B. Wasser auf Papierfasern), steigen ohne Beihilfe an Wand des Gefäßes auf und bilden eine konkave Oberfläche (Meniskus/ |u|) Adhäsionskraft
  • Je kleiner der Durchmesser des Gefäßes, desto größer sind Kapillardruck und Steighöhe.

 

Kapillardepression

  • Flüssigkeiten die die Gefäßoberfläche nicht benetzen (z.B. Quecksilber auf Glas), haben einen niedrigeren Pegelstand als in der Umgebung und bilden eine konvexe Oberfläche (|n|) aus.

 

 

Kapillareffekt Beispiele

  • In einem schmaler werdenden Rohr treibt die Oberflächenspannung einen Flüssigkeitsfilm in Richtung kleinerer Durchmesser, was bei Pipetten die Entleerung unterstütz.
  • Eine grobkörnige, kapillarbrechende Schicht verhindert aufsteigende Nässe in Bauwerken und Frostschäden an Straßenoberflächen.
  • Ein fein strukturiertes Tuch/ Schwamm kann viel mehr Flüssigkeit aufnehmen als ein Tuch/Schwamm mit gröberen Poren.

 

Kapillargleichung

Die Steighöhe "h" einer Flüssigkeitssäule ist gegeben durch:

Formel Steighöhe h einer Flüssigkeitssäule: Kapillargleichung

Dabei ist:

  • σ = Oberflächenspannung
  • θ = Kontaktwinkel
  • ρ = Dichte der Flüssigkeit
  • g = Schwerebeschleunigung
  • r = Radius der Röhre

 

Abhängigkeit der Flüssigkeitshöhe in einer Kapillare vom Durchmesser der Kapillare (Wasser/Glas).
Abhängigkeit der Flüssigkeitshöhe in einer Kapillare vom Durchmesser der Kapillare (Wasser/Glas).

 

Molekulare Hintergründe

  • Grundsätzlich ist die Kapillarität durch die Kohäsionskräfte (Molekularkräfte innerhalb einer Flüssigkeit) und Adhäsionskräfte (Kraft zwischen Flüssigkeit und Gefäßwand) bedingt
  • Oft hat der Kapillareffekt auch die Bedeutung von Oberflächenspannung
  • Im Inneren eines Körpers heben sich die Kräfte gegenseitig auf. Nur an den Rändern ergibt sich eine resultierende Kraft, die in Abhängigkeit der Materialien entweder in den Körper hinein oder heraus gerichtet ist.
  • Adhäsionskraft < Kohäsionskraft = resultierende Kraft wirkt nach innen (Oberfläche der Flüssigkeit krümmt sich nach unten und benetzt Gefäßwand nicht)
  • Adhäsionskraft > Kohäsionskraft = resultierende Kraft wirkt nach außen (Oberfläche der Flüssigkeit ist am Rand nach oben gezogen und benetzt die Gefäßwand)

 

Prozess in der Pflanze

  • Das von der Wurzel durch Osmose aufgenommene Wasser wird gegen die Schwerkraft durch feine Kapillare durch die Pflanze transportiert, wo es durch Spaltöffnungen in den Blättern verdunstet oder zur Photosynthese verwendet wird.
  • Die Verdunstung im oberen Bereich der Pflanze dient als Transpirationssog, die Kohäsionskräfte des Wassers verhindern ein Abreißen des Flüssigkeitsstroms und der Wurzeldruck sorg für stetigen Nachschub.
  • Dadurch können Pflanzen die Schwerkraft überwinden ohne für einen aktiven Transport sorgen zu müssen.

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