Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

10 frågor/svar hittade

Kraft-Rörelse [20447]

Fråga:
Vad är suprafluiditet?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Jag har en fråga som handlar om suprafluiditet. Har försökt att få något svar via wikipedia men hittar inget där. Här är frågan: Vad är suprafluiditet? Jag vet att det är när vätskor inte har någon friktion alls, men jag undrar hur det kan komma sig. Jag skulle gärna vilja ha ett svar på kvantnivå.

Jag har tänkt på om det kan vara samma anledning som suprafluiditet (att elektroncooperparen har för låg energi för att växelverka med atomerna i gittret). Men i en vätska finns det inte fria elektroner så att de kan bilda bosoner. Jag vet att jag är är lite ung enligt vissa för att ställa sådana frågor, men jag har intresserat mig för fysik och kvantmekanik länge och vill verkligen ha ett svar.
/Isac M, Katarinaskolan, Uppsala

Svar:
Jodå, det finns massor av information om suprafluiditet på webben, men för Wikipedia får du (som ofta) gå till den engelska artikeln Superfluidity .

Suprafluiditet kallas det fenomen som gör att vissa ämnen vid låga temperaturer har en fluid fas som flödar utan viskositet, så kallade "suprafluider". Ett exempel är helium-isotopen helium-4, en boson, som vid temperaturer under 2,186 kelvin (-270,964 °C) uppvisar sådana egenskaper. Suprafluiditet

Här är ett experiment med 4He:

Vid mycket låga temperaturer hamnar många av heliumatomerna i det lägsta kvantmekaniska tillståndet (grundtillståndet) Detta är möjligt eftersom 4He är en boson med heltaligt spinn, och den behöver därför inte lyda paulipricipen (se fråga 18298 ). Energin hos atomerna i grundtillståndet är för låg för att spridning till ett högre tillstånd skall kunna ske. Spridning är alltså omöjlig och viskositeten blir noll.

Ännu märkligare än viskositeten noll är att supraflödande He kan ta sig över hinder, se nedanstående figur från Rollin_film . Detta kallas Onnes-effekten som uppstår genom att kapillärkrafter dominerar över tyngdkraften och viskositeten.



/Peter E

Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; absoluta nollpunkten [9]; kapillärkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [20375]

Fråga:
Man kan ju "lyfta" vatten med hjälp av ett sugrör om man använder sig av tryckskillnader... Jag undrar om man kan göra det med ett större rör (i diameter) om man bara suger hårdare (med vakuum pump t.ex.) Eller kommer ytspänningen spela någon roll så at det inte funkar??
/Arvid O, Katedralskolan i linköping, Klockrike

Svar:
För rördiameter större är ett sugrör kan man nog bortse från kapillärkraften. Det är bara frågan om hur mycket undertryck man kan åstadkomma. Om man kan åstadkomma vakuum blir den maximala vattenpelaren c:a 10 m, se fråga 16001 . Man behöver inte "suga hårdare", men större diameter kräver att man pumpar längre tid för att åstadkomma ett visst undertryck.
/Peter E

Nyckelord: kapillärkraft [10];

*

Blandat [18784]

Fråga:
Hur kommer det sig att bomull och cellulosa som disktrasor är producerade av är absorberande? Vad gör cellulosan respektive bomullen? Hur kan det absorbetas?

Vad jag har förstått så består cellulosa av kol, väte och syre och att kapillär kraften på något sätt påverkar så att vätskan kan "dras in" i materialet men är det någon som skulle kunna var snäll att förklara för mig hur det hela egentligen går till? Jag har försökt söka information både på internet och på biblioteket men jag får ingen rätsida på det.

Tacksam för svar
/Malin N, Högskolan Dalarna, Bor i Göteborg

Svar:
Malin! Bomull och cellulosa består av fibrer (Naturfiber ) dvs små trådar som är inslingrade i varandra. Detta betyder dels att man kan spinna garn av materialet och även att vattenmolekyler kan ta sig in i mellanrummen mellan fibrerna. Eftersom mellanrummen är mycket små får man en hög kapillärkraft som drar in vatten i mellanrummen.

T.ex. bomull är även hydrofilt (vill gärna bindas till vatten, Hydrofil ), något som förstärker den vattenabsorberande effekten, se länk 1. Hydrofila ämnen är ofta polära, dvs har en assymmetrisk laddningsfördelning, ofta orsakade av vätebryggor (se Hydrogen_bond ).
/Peter E

Nyckelord: kapillärkraft [10];

1 http://www.tri-sis.ca/hydrophilic.html

*

Kraft-Rörelse [18619]

Fråga:
Hej! Jag har en fråga angående kapillärkraft. I ett experiment vi nyligen gjorde på min skola hade vi en uppställning som bestod av en agarosgel (innehållande DNA-fragment), ett nylonmembran som var mättat av en vätskelösning, ett filterpapper och en hög med pappershanddukar. Genom kapillärkraft drogs vätska ut ur gelen och DNA-fragmenten följde med och fastnade på membranet. Det jag undrar är exakt hur det går till då vattnet sugs upp (av filterpappret antar jag?). Är det så att filterpappret kan tänkas bestå av små, små rör som vattnet "klättrar" upp i?
/Ida L, Danderyds Gymnasium, Danderyd

Svar:
Ja, det är samma kapillärkraft som bskrivs i fråga 596 . Det är alltså den böjda gränsytan mellan vatten och luft som genom sin växelverkan med röret ger upphov till en nettokraft. För filterpappret är det samma effekt, det är bara så att det inte finns ett tydligt rör utan porer som har förbindelse med varandra, se Capillary_action#Examples
/Peter E

Nyckelord: kapillärkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [18532]

Fråga:
Kan man göra en evighetsmaskin med kapillärkraften?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Jag och några vänner har under några dagar nu diskuterat en teoretisk design av ett vattenkraftverk. Eftersom den som vi förstår det skulle bete sig som en evighetsmaskin så inser vi ju att den inte fungerar, men kan inte komma på varför!

Ur en vattentank sugs en vätska uppåt genom tunna tunna rör med hjälp av kapillärkraften. Rören är designade som uppochnervända J och längst upp låter man rören vidga sig något för att inte kapillärkraften ska verka åt andra hållet också, men ändå såpass tunt att man får lite hjälp av häverteffekten. Vätskan samlas i en övre tank. Väl uppe så låter man det falla genom ett generatorsrör ner i ursprungstanken.

Hjälp oss falsifiera! Stort tack! :)
/Jonas S, Livets hårda skola, Göteborg

Svar:
Jonas! Att evighetsmaskiner inte fungerar vet de flesta eftersom de strider mot termodynamikens lagar, se fråga 15733 . Konstruktioner för evighetsmaskiner är emellertid ofta mycket komplicerade, så det kan vara mycket svårt att genomskåda dem. I detta fallet är det emellertid inte så svårt att se var resonemanget går fel.

Titta på figuren nedan (från fråga 596 ). Kapillärkraften orsakas av assymmetrin hos begränsningsytan rör-vätska. Om man, som för glas-vatten, har en konkav yta (sett utifrån) så orsakar krökningen en uppåtriktad kraft. Det är denna som får vattnet att stiga olika högt beroende på rörets diameter. Det är alltså bara ytan som ger en kraft, längs resten av röret råder fullständing symmetri uppåt-nedåt.

Vad skulle hända om vi sågade av det tunnaste röret nedanför vattenytan? Jo vattnet skulle stiga till toppen på röret och krökningen hos vattenytan skulle minska precis så mycket att kapillärkraften motsvarar den nya längden på vattenpelaren. Det rinner alltså inte ut något vatten. Det samma gäller om man kröker röret så att slutet pekar nedåt. Ytspänningen kommer att verka uppåt och hindra vattnet från att rinna ut, se Perpetual_motion#Gallery .

Man kan alltså inte transportera vatten enbart med kapillärkraften, se fråga 9033 . Träd transporterar vattnet genom att först med osmos och kapillärkraft skapa en vattenpelare. Vattnet pumpas sedan upp genom att det skapas ett undertryck genom att vattenånga bildas och går ut genom bladens klyvöppningar. Det är alltså värmen från solen som är "motorn" i systemet.



/Peter E

Nyckelord: evighetsmaskin [12]; kapillärkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [17612]

Fråga:
Jag går och läser till tandhygienist och vi har diskuterat ytenergi på tanden och kan inte få rätt på det. "När fluor tillförs tanden ändras tandens ytenergi vilket gör att bakterier fäster sämre på tandytan", ungefär så står det i våra böcker. Mina frågor är:
1 Vad menas med ytenergi på tanden?
2 Hur förändras ytenergin, blir den högre eller lägre?
3 Varför fäster bakterierna sämre när den ändras?

Tack på förhand!
/Anette H, Malmö Högskola, Malmö

Svar:
Hej Anette!

Ytenergi är ekvivalent med ytspänning vad gäller vätskor, se fråga 2536 . Ytenergi definieras som tillskottet i energi i ytskiktet jämfört med området inne i materialet. Högre energi, betyder mindre bindning, alltså ett mindre stabilt system.

Molekyler på ytan av en vätska har färre grannar och har därför mindre bindningsenergi, se nedanstående figur.

Naturen stävar mot tillståndet med lägst energi alltså mest bindningsenergi. (Detta kan låta förvirrande, men tänk på att bindningsenergin är en negativ storhet.) Det tillstånd som har mest bindningsenergi är det som har så få molekyler som möjligt på ytan, dvs ytan skall vara så liten som möjligt.

Dimensionen för ytenergi är

energi/ytenhet = J/m2 = Nm/m2 = N/m

alltså kraft/längdenhet vilket är ytspänning.

Om man har två olika ämnen (t.ex. en vätska och en fast yta) i kontakt med varandra är det inte ämnenas individuella ytenergier som är intressanta utan hur mycket den totala ytenergin hos det sammansatta systemet minskas.

Ytenergi är även relaterat till vätning, se Vätning :

Vätning är en vätskas förmåga att hålla kontakt med en fast yta, grundat på intermolekylära krafter mellan vätskan och ytan. Graden av vätning bestäms av förhållandet mellan adhesiva (mellan materialen) och kohesiva (inom materialen) krafter.

Vätning har stor praktisk betydelse för kontakten mellan två material. Vätning och de ytkrafter som ger upphov till vätning ger också upphov till andra relaterade effekter som kapillärkraft.

För din tillämpning är begreppet vätning relevant. I nedanstående figur från Wetting har vi en vattendroppe på mässing (vänster) och glas (höger). Det är uppenbart att krafterna mässing-vatten är mycket lägre än krafterna glas-vatten. Vi minskar alltså den totala ytenergin glas-vatten mer än mässing-vatten eftersom vattenbubblan till höger är plattare och har därmed större yta (ökningen i ytenergi är större).

Det finns två sätt att ändra ytenergin hos ett system bestående av en fast yta och en vätskedroppe: (i) genom att ändra ämnet i den fasta ytan (mässing är kanske inte realistiskt, men en fluorförening fungerar tydligen) eller (ii) genom att minimera gränsytan.

Metod (i) änvänds redan för tandhygien men, såvitt jag vet, inte metod (ii). Det är uppenbart att en vätskedroppe fäster mycket bättre på en skrovlig yta (stor kontaktyta) än på en jämn (liten kontaktyta). Jag kan tänka mig att man i framtiden kan utveckla en teknik liknande den som beskrivs i fråga 17190 för vattenavvisande fönsterrutor.

Se även länk 1, Surface_tension och Surface_energy .



/Peter E

Nyckelord: ytspänning [17]; kapillärkraft [10];

1 http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/PenetrantTest/PTMaterials/surfaceenergy.htm

*

Kraft-Rörelse [16172]

Fråga:
Jag har läst de förklaringar skrivna här till varför vatten kan stiga så högt i vätskor. Ingen av dessa förklaringar stämmer helt överens med vad jag har fått lära mig.

Min lärare förklarade det undertryck som faktiskt uppstår med hjälp av kapillärkraften. Osmosen orsakar ett övertryck, och precis som ni säger här ger avdunstningen av vatten i bladet ett "sug". Han sa däremot att undertrycket uppstår eftersom vattenmolekylerna i pelaren "sträcks ut" med hjälp av den hydrofila kapillärsytan. Man kan se vattenpelaren som en gummisnodd som sträcks ut. Har han fel?
/Elsa A, Gullmarsgymnasiet, Lysekil

Svar:
Se tidigare svar på fråga 16040 .

Det är inte kapillärkraften och vattenpelaren fungerar inte som en gummisnodd! På några molekylers avstånd från en yta är vattnet ett helt isotropt system (samma i alla riktningar) och vattenmolekylerna är fritt rörliga. Statisk jämvikt kommer därför att inställa sig mycket snabbt eftersom vattenmolekylerna kan röra sig förbi varandra. Såvida inte Xylem (de rör som transporterar vattnet) är mycket smala - av samma storleksordning som vattenmolekylerna så att de inte kan röra sig förbi varandra.

Kohesions-teorin ("gummisnodden") är emellertid fortfarande populär bland biologer, se översiktsartikel under länk 1 (artikeln i fulltext är endast tillgänglig för prenumeranter). Länk 2 innehåller bland annat kritik mot "gummisnoddsteorin".

Se vidare Xylem and Capillary_action .
/Peter E

Nyckelord: kapillärkraft [10];

1 http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0098847201000740
2 http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/118760238/PDFSTART

*

Kraft-Rörelse [10672]

Fråga:
Hur högt kan kapillärkraften få vätska att stiga i kapillärer? Är det bara kapillärkraften som får vattnet att stiga upp till det högsta barret i en tall på exvis 50 m, eller finns det nå´n annan kraft inblandad?
/Saga A, Prodel, Karlskoga

Svar:
Det här är en intressant fråga. Försöker vi suga upp vatten i ett rör, kan vi nå högst 10 m. Det beror på att det i själva verket är lufttrycket som trycker upp vattnet, och lufttrycket svarar just mot en vattenpelare på 10 m. Kapillärkraften skulle högst hjälpa till med någon meter. Det finns faktiskt träd som är över 100 m, hur funkar det?

Svaret är ett fenomen som kallas osmos. Det innebär att vatten strävar mot områden där koncentrationen av lösta ämnen är hög. Hur stark denna strävan är kan anges med ett tryck. En sockerlösning på 10% har ett osmotiskt tryck på 0.7 MPa, vilket svarar mot en vattenpelare på 70 m. Genom processer som avdunstning och fotosyntes uppehålles en sockerkoncentration som ökar med med höjden.

Andra effekter som hjälper till att lyfta vattnet är kapillärkraften och undertryck skapat av avdunstning från bladen. Men den viktigaste effekten är alltså osmos.

Se länk 1 för en grundlig men inte lättillgänglig genomgång av problemet.
/KS/lpe

Nyckelord: kapillärkraft [10]; osmos [8];

1 http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/118760238/PDFSTART

*

Kraft-Rörelse [9033]

Fråga:
Kan man bygga en evighetsmaskin genom att utnyttja kapillärkraften till att dra upp vattnet till en högre energinivå, sedan släppa ner det och alstra energi?
/Tobias H, St:a Ragnhild, Södertälje

Svar:
Nej det kan man inte. Den potentiella energin hos vattenpelaren balanseras precis av den negativa energin från ytspänningen. Totala energiinnehållet är alltså noll!

Kolla själv: Mät hur högt rent vatten stiger och jämför med vatten med diskmedel. Vad gör diskmedlet? Mät även hur högt rent vatten stiger för olika rör-diameter.
/KS/lpe

Se även fråga 964 och fråga 596

Nyckelord: kapillärkraft [10];

*

Blandat, Kraft-Rörelse [596]

Fråga:
Hur fungerar kapillärkraften?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur fungerar egentligen kapillärkraften? Vad är det som gör att vattnet stiger i glasrör?
/   

Svar:
Kapillärkraften är resultatet av adhesion (kraft mellan två olika ämnen t.ex. glas och vatten) och ytspänning. Adhesionen mellan vattnet och rörets väggar (se figuren) orsakar en uppåtriktad kraft på vätskan vid väggen. Ytspänningen vill minimera den fria vattenytan, så den orsakar att hela vattenpelaren lyfts upp. Ju smalare rör desto mer dominerar adhesionskraften över vattenpelarens tyngd. Vattnet stiger alltså högre ju smalare röret är. Se vidare Kapillärkraft .

Ett exempel på motsatt effekt är kvicksilver i glasrör. Medan vattnets yta i ett smalt rör buktar synligt "nedåt" (kanterna kryper upp på glasväggarna) gör kvicksilver tvärtom; det bildar istället en liten bula uppåt. Kvicksilverpelaren trycks alltså neråt.

Försök: Häll lite vatten i en bägare och fyll den med sand. Vad händer med vattnet? Vad har detta för konsekvenser ute i naturen?

Se även länk 1, ytspänning , kapillaritet , kapillärkraft och Capilary_action .

Vad bestämmer höjden på vätskepelaren?

(Vi följer i första hand framställningen i länk 1.) Lyftkraften ges av

Fkapillär = T*2p*r

T är specifika kapillärkraften (T=g*cosq där g är ytspänningen och q är kontaktvinkeln vätska-rörvägg. Det är alltså genom ett q större än 90 grader som man får en negativ lyftkraft som t.ex. trycker ner kvicksilverpelaren, se Capilary_action .
2p*r är omkretsen av röret (längden på gränslinjen vätska-rör).

Om höjden på vätskepelaren är h är volymen hpr2. Med densiteten r blir den nedåtriktade kraften

Ftyngd = rhpr2g

Om vi för jämvikt sätter de båda krafterna lika får vi

T*2p*r = rhpr2g dvs

h = 2T/(rgr)

För vatten och glasrör är T = 0.0684 J/m (Capilary_action ). Höjden blir alltså

h = 0.14/(1000*10*r) m = 1.4*10-5/r

För radien r = 0.1 mm = 0.0001 m blir höjden

h = 1.4*10-5/0.0001 = 0.14 m = 140 mm



/Peter E

Se även fråga 417

Nyckelord: kapillärkraft [10];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/surten2.html#c4

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.