Det er sammenhengskreftene til vann (kohesjon), som er meget sterke og skyldes hydrogenbindinger mellom vannmolekylene, kombinert ved vedhengskreftene (adhesjon) som fester vannmolekylene til overflater, samt overflatespenningen til vann som til sammen utgjør kapillarkreftene, og avgjør mengden kapillart vann og hvor hardt vannet er festet til overflatene.
I overgangen til vann og luft i de kapillære porene vil vannmolekyler i overgangsfasen vann til luft tiltrekke hverandre med hydrogenbindinger. Den mest stabile tilstanden er der hvor overflatearealet i overgangen mellom vann og luft er minst mulig, og overflatespenningen til vann angir hvor mye energi (joule per kvadratmeter, J/m²) som må tilføres for å kunne øke overflatearealet. En luftboble i vann inntar en kuleform med minst mulig overflateareal, hvor overflatespenningen virker langs en tangent på overflaten til luftboblen med netto kraft innover mot sentrum i boblen.
I overgangen mellom luft og vann bundet i små porer i kapillarer danner vannet en menisk med en overflatehinne hvor vannet nærmest den faste fasen trekker oppover langs overflaten. I hvilken grad vannmolekylene binder seg til andre overflatemolekyler, kan måles i form av en kontaktvinkel. Hvis kontaktvinkelen er mindre enn 90o, så vil vannet fukte den vannelskende (hydrofile) overflaten. Er kontaktvinkelen større enn 90o, vil vannet nå bli liggende som en vanndråpe på en vannskyende (hydrofob) overflate. Vann vil derfor stige kapillært opp i et tynt glassrør, men ikke i et like tynt plastrør grunnet størrelsen på kontaktvinkel.
Vann løftes kapillært i en pore inntil kreftene som virker opp og ned blir like store. Kreftene som trekker på vannet i en pore med radius r og omkrets 2πr blir:
2πrσ·cosα
σ er overflatespenningen til vann, ved 20oC lik 7,28·10-8 MPa m, og cosα er cosinus til kontaktvinkelen α mellom væskeoverflaten og veggen til poren. Kontaktvinkelen bestemmer i hvilken grad vann tiltrekkes en overflate. Hvis vann fukter overflaten, er kontaktvinkelen tilnærmet lik 0 og cos(0) = 1. Kreftene som virker på overflaten til poren med radius r til meniskkurvaturen blir lik:
P=−2πrσ·cosα/πr2=−2σ/r
En pore med radius 1 mikrometer (μm) gir et hydrostatisk trykk på -0.15 megapascal (MPa), og 0.01 µm gir hydrostatisk trykk – 15 MPa. Kapillært bundet vann har stor betydning for bevegelse av vann i planter, trær og jord.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.