Kapillaritet i glassrør og filterpapir. Det blåfargede vannet suges høyere opp i de små porene i filterpapiret enn den relativt større åpningen i glassrøret.
Ulmus glabra

Kapillærkrefter spiller en avgjørende rolle i naturen ved at vann suges opp i små rør inne i planter og dermed bidrar til nødvendig transport av væske og næringsstoffer.

Leucobryum glaucum

Moser holder på vann ved hjelp av kappilærkrefter.

Kapillært vann er den del av vannet som finnes bundet ved kapillarkrefter.

Faktaboks

Uttale
kapillˈært vann

Kapillaritet er grunnen til at væsker suges opp i porøse materialer. Dette fenomenet kan observeres når et tynt rør, et håndkle eller et stykke porøst papir settes ned i en væske. Dette spiller en avgjørende rolle i naturen ved at vann suges opp i små rør inne i planter og dermed bidrar til nødvendig transport av væske og næringsstoffer.

I jorden er det også mange porer, og kapillaritet gjør at væske transporteres selv til områder der nedbør eller andre vannkilder ikke har direkte adgang. Porøse materialer som svamper, dopapir, tøykluter og håndkle brukes også til å suge opp vann ved hjelp av kapillaritet.

Hvordan vann løftes med kapillarkrefter

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.

Kapillært vann i jord

Etter rikelig vanntilførsel vil en del av vannet, fritt vann, sige ned gjennom jorden, på grunn av tyngdekraften. Når alt fritt vann er borte, har vi kapillær metning (feltkapasitet), det vil si at alle små porer og kanaler i jorden er fylt med vann. Det meste av dette vannet er tilgjengelig for plantene.

Etter hvert som vannet blir tatt opp av røttene, vil det resterende kapillære vann være stadig sterkere bundet i jorden. Til slutt nås en grense der planten ikke lenger greier å ta opp mer vann (visningspunktet). Vanninnholdet i jorden, både ved kapillær metning og ved visningspunktet, er i høy grad avhengig av jordarten. Leirjord har i begge tilfeller langt høyere vanninnhold enn sandjord og kan også holde en større mengde kapillært vann.

For urteaktige planter er permanent visningspunkt ved cirka -1,5 MPa. Matrikspotensialet bidrar mest til vannpotensialet i jord. Etter hvert som jorda tørker ut, vil det resterende vannet sitte hardere og hardere bundet. I noen tilfeller hvor de dypere jordlag inneholder mye vann og det øverste jordlaget er tørt, har vann mulighet til å bruke røtter som en «vannheis» hvor vannet kommer inn i røttene dypt ned og kommer ut av røtter nær jordoverflaten. Dette kan spesielt skje om natten.

Les mer i Store norske leksikon

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.

eller registrer deg