Włoskowatość i zjawiska kapilarne

Zjawisko włoskowatości wywołane jest napięciem powierzchniowym cieczy. Gdy siły przylegania między cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ścian naczynia są większe od sił spójności, to ciecz w bardzo wąskich rurkach, tak zwanych włoskowatych lub kapilarnych, podnosi się do góry. Jeśli taką rurkę zanurzymy w cieczy, która ją zwilża, to tworzy się menisk wklęsły. Powstaje wtedy ciśnienie powierzchniowe, które powoduje podnoszenie się cieczy powyżej powierzchni swobodnej cieczy w danym naczyniu. Im mniejsza jest średnica naczynia tym wysokość na jaką podnosi się woda jest większa. Dla rurek o okrągłym przekroju wysokość słupa płynu zależy liniowo od odwrotności promienia rurki. Najpopularniejsze przykłady tego zjawiska to transport wody w drzewach, krwi w naczyniach włosowatych, czy też „cieczy” w pieluszkach jednorazowych.

  Zmiana wysokości słupa cieczy w zależności od kąta zwilżania podnoszenie lub obniżanie

•  menisk wody w rurce szklanej jest wklęsły (woda dobrze zwilża szkło) i słup cieczy jest podnoszony na wysokość zależną od jej średnicy,
• menisk rtęci w rurce szklanej jest wypukły (rtęć nie zwilża szkła) i jest obniżany w porównaniu z powierzchnią cieczy swobodnej,

  W stanie równowagi cieczy w rurce ciężar słupa cieczy jest równoważony przez siły napięcia powierzchniowego.

    Siła ciężaru słupa wody w kapilarze o przekroju kołowym:

     Siła napięcia powierzchniowego wody tuż przy ściance:

     Powierzchnia wody tuż przy ściance tworzy ze ścianką kąt θ. Pionowa składowa tej siły równoważy siłę ciężaru cieczy, z czego wynika wysokość podciągania kapilarnego:

Q – ciężar słupa wody,

h – wysokość słupa wody,

r – promień kapilary,

ρ – gęstość wody,

V – objętość zajmowana przez wodę,

m – masa wody,

g – przyspieszenie ziemskie.

F – siła napięcia powierzchniowego,

σ – napięcie powierzchniowe.

θ - kąt zwilżania