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

F_kapillär = T2pr

T är specifika kapillärkraften (T=gcosq 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.

2pr 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

F_tyngd = rhpr²g

Om vi för jämvikt sätter de båda krafterna lika får vi

T2pr = rhpr²g dvs

h = 2T/(rgr)

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

h = 0.14/(100010r) m = 1.410^-5/r

För radien r = 0.1 mm = 0.0001 m blir höjden

h = 1.410^-5/0.0001 = 0.14 m = 140 mm

/Peter E 1998-12-15

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 2001-11-07

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_motionGallery.

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 2012-03-01

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 2016-12-14