nyckelskillnad – ytspänning vs kapillärverkan
Ytspänning och kapillärverkan är fysikaliska egenskaper hos flytande ämnen. De är makroskopiska egenskaper hos vätskor. Den viktigaste skillnaden mellan ytspänning och kapillärverkan är att ytspänningen mäts som kraften som appliceras på en viss längd av vätskan som ges av enheten N/m (Newton per meter), medan kapillärverkan mäts som höjden av vätskepelaren som dras uppåt, mot gravitationen som ges av enheten m (meter).
Vad är ytspänning?
Ytspänning är ett fenomen där ytan på en vätska, där vätskan är i kontakt med gasen, fungerar som ett tunt elastiskt ark. Termen ytspänning används endast när vätskan är i kontakt med en gas (t.ex. när den öppnas mot den normala atmosfären). Termen "gränssnittsspänning" används för skiktet mellan två vätskor.
Attraktioner mellan olika kemiska arter gör att vätskemolekylerna förenas. Vätskemolekylerna i vätskans yta attraheras av molekylerna i mitten av vätskan. Detta är en typ av sammanhållning. Men attraktionen mellan vätskemolekyler och luftmolekyler (eller vidhäftningskrafterna) är försumbar. Därför fungerar detta ytskikt av vätskemolekyler som ett elastiskt membran. Ytskiktet av vätskemolekyler är under spänning eftersom det inte finns tillräckligt med attraktionskrafter för att balansera de kohesiva krafterna som verkar på dem, så detta tillstånd kallas ytspänning.
Figur 01: Attraktionskrafterna på flytande molekyler i vätskans yta
Formel för beräkning av ytspänning
Ytspänning (γ)=F/d
Här är F ytkraften och d är längden längs vilken ytkraften verkar på. Därför ges mätningen av ytspänning av enheten N/m (Newton per meter). Det är SI-enheten för mätning av ytspänning.
Vad är kapillärverkan?
Kapillärverkan är en vätskas förmåga att flöda i trånga utrymmen utan hjälp av, eller i opposition till, yttre krafter som gravitation. Det kan observeras som vätska som drar genom ett kapillärrör i riktning uppåt.
Kapillärverkan uppstår på grund av de intermolekylära krafterna mellan vätskemolekyler och ytan på kapillärröret. Därför uppstår det på grund av vidhäftningskrafter. När rörets diameter är tillräckligt liten stiger vätskan genom röret på grund av både adhesiva och kohesiva krafter. De kohesiva krafterna (attraktionskrafter mellan liknande molekyler) gör att molekylerna dras uppåt.
När ett kapillärrör placeras i en vätska bildas en menisk vid kanten av röret. Sedan, på grund av vidhäftningskrafter mellan vätskemolekyler och rörets vägg, dras vätskan upp tills gravitationskraften verkar på den mängd vätska som är tillräcklig för att övervinna vidhäftningskraften. Sedan dras vätskemolekylerna upp på grund av kohesion.
Figur 02: Kapillärverkan – en modell
Kapillärverkan är vanligt bland växter. Xylemkärl är kapillärrör som kan dra vatten med lösta näringsämnen uppåt. Detta uppfyller kravet på vatten och näringsämnen från grenar och blad från stora växter.
Vilket är förhållandet mellan ytspänning och kapillärverkan?
Kapillärverkan skapar en vätskekolonn i ett kapillärrör. Vätskekolonnens höjd kan bestämmas med ekvationen nedan.
Formel för beräkning av vätskekolonnens höjd
h=2γcosθ / ρgr
I detta,
- h är höjden på vätskekolonnen,
- γ är vätskans ytspänning (enheten är N/m),
- θ är kontaktvinkeln mellan vätskan och rörets vägg,
- ρ är vätskans densitet, g är accelerationen på grund av gravitationen (enheten är Kg/m3),
- r är radien på röret (m).
Vad är skillnaden mellan ytspänning och kapillärverkan?
Ytspänning vs kapillärverkan |
|
| Ytspänning är ett fenomen där ytan på en vätska, där vätskan är i kontakt med gasen, fungerar som ett tunt elastiskt ark. | Kapillärverkan är en vätskas förmåga att flöda i trånga utrymmen utan hjälp av, eller ens i opposition till, yttre krafter som gravitation. |
| Teori | |
| Ytspänning är kraften på ytan av en vätska som exponeras för luft. | Kapillärverkan är flödet av en vätska mot en yttre kraft utan någon hjälp. |
| Measurement | |
| Ytspänningen mäts som kraften som appliceras på en viss längd av vätskan som ges av enheten N/m (Newton per meter). | Kapillärverkan mäts som höjden på vätskepelaren som dras uppåt, mot gravitationen som ges av enheten m (meter). |
Sammanfattning – Ytspänning vs kapillärverkan
Ytspänning och kapillärverkan är två typer av mikroskopiska egenskaper hos vätskor. Skillnaden mellan ytspänning och kapillärverkan är att ytspänningen mäts som kraften som appliceras på en viss längd av vätskan som ges av enheten N/m (Newton per meter), medan kapillärverkan mäts som höjden av vätskepelaren som dras uppåt, mot gravitationen som ges av enheten m (meter).
