Kapilláritás

(lat.). Ha valamely folyadékra csak a nehézség hat, akkor a hidrosztatika elveiből következik, hogy egyensúly esetében a folyadék szabad határfelülete a nehézség irányára mindenütt merőleges, tehát nem tulságos nagy kiterjedésben síknak tekinthető. A tapasztalat azt mutatja, hogy ha p. elég nagy üvegedénybe vizet vagy kénesőt töltünk, az edény falaitól elég messze, a szabad határfelület tényleg síknak tekinthető, az edény falaihoz közel azonban jelentékeny görbületet mutat, a viz az edény falain felemelkedik, felfelé homoru, a kéneső az edény falain alászáll, felfelé domboru. Ha közlekedő csöveket készítünk egy igen szűk nyilásu u. n. kapilláris üvegcsőből s egy bő nyilásuból, akkor tapasztaljuk, hogy a szűk csőben a viz szembetünően magasabban áll, mint a bővebb csőben, a kéneső ellenben alacsonyabban, pedig ha csak a nehézség hat a folyadékra, akkor a hidrosztatika tanai alapján a két csőben a folyadéknak egyforma magasan kellene állania. Kétségtelen azonban, hogy a folyadék egyensúlyi alakja csak olyan lehet, melynél a szabad határfelület az erő irányára mindenütt merőleges. A fizikának azon részét, mely egymással érintkező folyadékok és szilárd testek határfelületének alakjával, az azokban fellépő nyomásviszonyokkal s az ebből folyó jelenségekkel foglalkozik, K. tanának neveztetik.

Hogy a K. tana a tapasztalattal s a hidrosztatika elveivel ellenkezésbe ne jöjjön, az előbbiek alapján fel kell tennie, hogy általában két folyadék határfelületében a folyadékra ható külső erőkhöz bizonyos más erők járulnak még hozzá (kapilláris erők), melyek az előbbiekkel együtt a határfelületet alakját megszabják. (L. Depresszió.) Ugyanazon eredményre jutunk, ha anélkül, hogy a kapilláris erők eredetére vonatkozólag közelebbi feltevéseket tennénk, felvesszük, hogy a felület nagyságával arányos (Gauss). Egyértelmü ez azzal, hogy a folyadék határfelületének létesítése bizonyos munkával jár, mely a létesített felület nagyságával arányos, s pedig a szabad határfelület kisebbítésénél a kapilláris erők pozitiv munkát végeznek. A kapilláris erők tehát olyanok, hogy a szabad határfelületet lehetőleg kicsivé törekesznek tenni. P. ha a szappanbuborék hártyáját nagyobbítani akarjuk, a kapilláris erők ellenében munkát kell végeznünk, bele kell fújnunk; ha pedig a fúvó cső végét nyitva tartjuk, a buborék teljesen összehúzódik. A folyadék határfelülete ugy viselkedik, mint valami kifeszített rugalmas hártya, mely összehúzódni törekszik s hogy az egyensúlyban maradjon, a hártya széleire, valamint a hártyából kimetszett felületi rész széleire feszítő erőnek kell működnie a hártyában. A folyadék határfelületében is ily feszítő erők működnek; a vonalegységre, rendesen 1 mm.-re ható feszítő erő neve feszültség, mely csak az érintkező folyadékok minőségétől függ.

Ha a folyadékra külső erő nem hat, vagy a kapilláris erők mellett elhanyagolható, akkor az előbbiek alapján a határfelület oly alaku lesz, hogy az adott feltételek mellett lehető kicsiny legyen. Plateau olajcseppet tett viz és alkohol keverékébe, melynek sűrüsége az olaj sűrüségével egyenlő volt; az olajcseppre gyakorolt felhajtó erő egyenlő levén akkor az olajcsepp súlyával, az oly állapotban volt, mintha semmi külső erő sem hatna reá; tehát oly alakot vesz fel, melynél a csepp adott térfogata mellett a felület a lehető legkisebb; ilyen természetü felület pedig a gömb; tényleg az olajcsepp gömbalakot öltött. Ha a folyadékra a nehézség is hat, akkor az a kapilláris erőkkel egyetemben megszabja a határfelület alakját. Az előbb körvonalozott elmélet a felület alakjának meghatározására egy másodrendü parciális differenciálegyenletre vezet, melynek integrációja csak igen kevés egyszerü esetben sikerült (hengerfelület); ha a határflület forgásfelület, akkor is csak közelítő megfejjtéssel kell megelégednünk. A kisérleti vizsgálatok jelentékeny részét a felületi feszültség értékének meghatározása képezi; felhasználható p. ezen célra a folyadékok felemelkedése kapilláris csövekben. Kiváló előnyökkel rendelkezik Eötvös Lóránd br. n. n. reflexiós módszere, mely kapilláris hengerfelületre alkalmazva közvetlenül megadja a felületi feszültség értékét, forgásfelületre alkalmazva pedig egyetlen egy folyadék, p. a viz felületi feszültségének értékét ismerve, bármely folyadékét igen egyszerü úton megadja. Eme módszer előnyei főkép abban állanak, hogy általa a felületi feszültség értéke meghatározó teljesen zárt üvegcsőben foglalt s csk telített gőzével érintkező folyadékon, miáltal a felület tisztasága biztosítva van. Lehetségessé teszi továbbá eme módszer a felületi feszültségnek igen tág hőmérsékleti körben - az olvadási ponttól közel a kritikus hőmérsékletig - való meghatározását.

Egészen új szempontból vizsgálta a kapilláris jelenségeket Eötvös Lóránd br. Vizsgálatai ugy fizikai, mint kémiai szempontból kiváló fontosságu eredményre vezettek, amennyiben általuk a folyadék molekula-súlya és felületi feszültsége közötti igen egyszerü kapcsolat az u. n. Eötvös-féle törvény derült ki. Eme törvény ugy fejezhető ki, hogy a molekuláris felületi energia a hőmérséklet minden, u. n. normal-folyadékra egyformán arányosan változik. Azaz ha a a a felületi feszültség, n a molekuláris térfogat, akkor an 2/3 minden normal-folyadékra a hőmérséklettel arányosan változik, az arányossági faktor pedig mind e folyadékokra ugyanaz; a normál-folyadéknak nevezve az olyat, melynek molekulái egyformák és egyszerüek, tehát nem alkotnak molekula-csoportokat. A megy anyagok ezen törvénytől eltérnek, azoknak molekulái nem egyszerüek s a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan egyforma és egyszerü molekulákra bomlanak. Ebből is látható az Eötvös-féle törvény jelentősége a molekulasúly s fizikai disszociáció szempontjából. V. ö. Magy. tud. akad. III. oszt. ülése 1885.

Forrás: Pallas Nagylexikon