Mistä kapillaari-ilmiö ottaa energiansa? Lämmöstäkö? Jos vettä nostaisi kilometrin korkuista kapeaa rakoa pitkin, niin jäätyisikö se jossain vaiheessa? Ja kuinka korkealle se ylipäänsä jaksaisi nousta?
Tällast mietein
Jenni 6v.
171526
0Äänestä
Muut lukivat myös
Odottaa vastausta
Näihin keskusteluihin ei ole vielä vastattu. Ole ensimmäinen.
Vastaukset 17
Vanhimmat
Ei sen tarvitse mistään sitä energiaa erikseen ottaa. Sehän on ikään kuin potentiaalienergian muuntumista veden liikutteluksi. (näin tosi täsmällisesti ilmaistuna) Eli molekyylien väliset voimat ovat ilmiön takana, ja vedellä on kauempana potentiaalienergiaa jonkin verran.
Vähän sama asia kuin kappaleen tippuessa maapallon pinnalle kappaleen potentiaalienergia maapallon aiheuttamassa voimakentässä muuntuu liike-energiaksi.
Jos nostan sähkövinssillä vesiämpärin x korkeuteen, niin silloin sähköenergia muuntuu veden potentiaalienergiaksi. Jos sama vesimäärä nousee kapillaari-ilmiön avulla samaan korkeuteen ja saa saman potentiaalienergian niin jostainhan se energia on silloin pois?! Mistä?
Eli kun kapillaari-ilmiön aiheuttaa molekyylien välinen voima, niin veden ollessa erossa putkesta sillä on potentiaalienergiaa noiden molekyylien välisten voimien suhteen.
Samoin kuin kappaleen ollessa maan yläpuolella sillä on potentiaalienergiaa sen maata kohti vetävän voiman suhteen.
Ja ei nyt mitä ilmeisemmin se potentiaalienergia, joka vedellä on molekyylien välisten voimien suhteen muuttuu veden potentiaalienergiaksi gravitaatikentässä. (ja osa häviää veden sisäisissä häviöissä, eli enemmänkin lämpöä muodostuu)
En osaa tuota enää selvemmin esittää.
kuinka korkealle se molekyylienergia riittää nostamaan nestettä? Kun loppuuhan gravitaation aiheuttama potentiaalienergiakin kun kappale lähenee maata, niin loppuuko molekyyleiltäkin energia sitten jossain vaiheessa? Ja mitä sitten tapahtuu, lakkaavatko molekyylit liikkumasta?
Netistä löytyy selityksiä, joiden mukaan kapillaari-ilmiö johtuu siitä että vettä ympäröivän "putken" aineen ja veden välinen puoleensavetävä (adhesive) voima on suurempi kuin veden sisäinen kokoonvetävä (cohesive) voima.
Löytyi tekstinpätkä, tällainen: "The adhesive force is due to electrostatic attraction between the negatively charged tips terminating in COO- groups and the positively charged sample terminating in NH groups.".
Kyseessä siis on joku sähköinen ilmiö, ja kaiketi veden saama potentiaalienergia on pois vesimolekyylien ja "putken" seinämän molekyylien jännite-erosta.
Mutta jos veteen ei laitetakaan ohutta lasiputkea vaan lasitikku, eikö veden pitäisi silloin ruveta kiipeämään tikkua myöten ylös. Täytyy kokeilla. Niin, tai (vesi)jääputki. Sitä myöten veden ei ainakaan pitäisi kiivetä minnekään.
Olen liian yksinkertainen vastatakseni tuohon. Ei varmaan kovin korkealle. Vaikka tietäisin sen voiman suuruuden, jolla putken seinämät vetää vettä puoleensa, niin en osaa arvata millä tavalla tuota asiaa pitäisi käsitellä.
Villi veikkaus on, että esimerkiksi puihin vesi eijaksaisi nousta pelkällä kapillaari-imulla. Onneksi ei tarvitsekaan, kun veden nousemisesta huolehtii osaltaan veden lehtien haihtumisimu ja juurista vettä työntää osmoottinen paine.
Toisaalta haihtumisimulla ja osmoottisella paineella on rajoituksensa ja korkeimmat puut voivat olla yli 100m korkeita, ja ne imaisevat satoja litroja vettä päivässä.
Tikkua pitkin vesi ei lähde kiipeämään, koska tikun pinta-alan suhde siihen vesimäärään, mitä sen pitäisi kiskoa ylös, on liian pieni. (pintajännitys yrittäisi vetää koko altaan mukaansa) Siksi vesi ei lähde kiipeämään myöskään viemäriputkeä pitkin, mutta jos katsot vaikka juomalaisin reunaan, niin hiomaat, että vähän ylöspäin se vesi kuitenkin on noussut reunan läheltä.
Ohuessa putkessa on vähän vettä ylös nostettavana, ja veden riittää pitämään vesikalvon ehjänä, kun putki vetää reunoilta vettä puoleensa.
Selailin vähän fysiikankirjaa ja vastaus on 148mm, jos putken sisähalkaisija olisi 0,2mm.
Tuosta energiahommasta en ole vielä ihan varma. Kun asia on näin: Jos vaikka jossain astiassa on vettä, niin siinä pinnalla on pintajännitys, johon on varastoitunut potentiaalienergiaa. Jos siihen päälle tuodaan kapillaariputki joka nostaa vettä tuon pintajännityksessä olevan energian avulla, niin kuitenkin siihen pinnalle jää uusi pintajännityskalvo jolla on taas sama potentiaalienergia. Eli mistä se energia siihen pintajännityskalvoon sitten loppujen lopuksi tulee? Minä väitän että lämmöstä, koska nämä ilmiöt johtuvat muutenkin molekyylien välisistä voimajutuista ja kun molekyylien liike on lämpöä, niin jokin yhteys niillä täytyy olla.
Silloinhan sen muun veden pinta laskee eli se energia on siis peräisin sen korkeussuuntaisen asemansa potentiaalienergiasta. Niin sen täytyy olla.
" Eli mistä se energia siihen pintajännityskalvoon sitten loppujen lopuksi tulee? Minä väitän että lämmöstä, koska nämä ilmiöt johtuvat muutenkin molekyylien välisistä voimajutuista ja kun molekyylien liike on lämpöä, niin jokin yhteys niillä täytyy olla. "
Lämmön vaikutus kapillaari-ilmiöön on aika monimutkainen juttu. Ainakin yksi vaikutus lämmöllä on. Se nimittäin pitää veden sulana eli nestemäisenä. Ja kapillaari-ilmiö esiintyy vain nesteillä.
Kun nyt kuitenkin ihmettelet mistä kapillaari-ilmiöön saadaan energiaa. Havainnolistan hieman molekyylien välisiin sähköisiin voimiin liittyviä energioita. Oletko ajatellut mitä tapahtuu kun veden lämpötila laskee alle 0 celsius asteen? Eli sen energia pienenee. Jos vesi on siinä sinun kapillaariputkessasi, sen hajottaisi putken välittömästi. Ja jos vesi sattuisi olemaan esimerkiksi muutaman millimetrin levyisessä kiven raossa, se saattaisi halkaista kuution kiven. Ja tämä kaikki vain johtuen veden molekyylin välisistä sähköisistä voimista. Ja vaikka veden lämpöenergia samalla pienenee.
Kyse on pintaenergiasta. Pintajännityksen vuoksi vapaa vesipinta omaa suuren pintaenergian. Jos kapillaarin sisäpinta on hydrofiilinen, veden pintaenergia kapillaarin seiniä vastaan on matala, ja vesi pyrkii maksimoimaan tämän pinta-alan, eli kiipeää kapillaaria pitkin ylöspäin. Veden energiasisältö alenee, eli periaatteessa kapillaariin siirtyvä vesi luovuttaa energiaa pois, vähän kuin jäätyvä vesi. Pieni osa energiasta voi sitoutua potentiaalienergiaksi, jos vesi kiipeää ylöspäin, mutta kapillaarivirtaus voi tapahtua myös vaakasuoraan, alaspäin jne. Jos kapillaarissa olevaa vettä aletaan haihduttamaan, tarvitaan normaalin höyrystymislämmön lisäksi "ylimääräinen" energia kapillaariin sidotun veden höyrystämiseksi. Käytännössä näin tapahtuu vasta kun ollaan hyvin pienissä kapillaareissa, esimerkiksi puun solukkoon sitoutuneessa vedessä.
Kuinkahan pitkälle neste voi liikkua sivuttain kapillaari-ilmiön avulla? Tuon korkeushomman sain jo selville, mutta entäs sivuttain? Onkohan siihen joku oma kaava?
Nyt minä ymärrän miksi keväällä kaadettujen ja pilkottujen halkojen kuivuminen kestää niin pirun kauan. Vesi ei lähde heti haihtumaan, vaan se pitää vielä ensin lämmittääkin.
Tästä tulikin mieleen että onkohan tärkeää jättää halkojen päät irti seinistä ja muista haloista. Jos pääpuolet kuivuvatkin ensin, ja sitten kapillaari-ilmiö vetää kosteuden taas sinne päihin. Eli kuivuvatko kunnolla pilkotutkin puut enemmän päistään kuin siitä paljon isommasta pinnasta, mikä on kirveen jäljiltä?
Tuoreen puun sisältämästä vedestä valtaosa on ns. vapaata vettä eli haihtuu kuten mikä tahansa vesi. Kapillaarisesti sitoutunatta (siis sellaista jonka ominaisuudet selkeästi poikkaa vapaasta vedestä) on viimeiset noin 10 - 20 kosteusprosenttia.
Vapaan veden haihduttaminen kuluttaa jotain 2300 - 2400 kJ/haihdutettu vesikilo, kapillaarisesti sitoutuneen veden haihduttamiseen tarvitaan vielä muutama sata kJ/kg lisää, mitä alemmassa kosteudessa ollaan sitä suurempi on tämä sidotun veden vaatima lisäenergia. Vaadittu lämpöenergia tulee ympäröivästä ilmasta ja/tai auringon säteilystä.
Puutavaraa kuivattaessa vesi liikkuu puun sisällä sekä höyrynä että nesteenä lämpötilasta, kosteudesta ym. riippuen. Kosteuden liike on huomattavasti nopeampaa puun pituusuunnassa kuin poikkisuunnassa, johtuen solujen rakenteesta. Eli pöllin päistä haihtuu paremmin, mutta kyllä halkaistun pinnankin kautta haihtuu kun sitä kautta on lyhempi reitti. Kuoren läpi haihtuu huonommin kuin halkaistusta pinnasta.
Teoriassa varmaan hyvinkin pitkälle jos kapillaari olisi tasapaksu putki. Kaavoja löytyy, eteenpäin vetävä voima tulee pintajännityksestä ja kapillaarin koosta, vastustava voima virtauksen kitkahäviöistä ja korkeuseron aiheuttamasta hydrostaattisesta paineesta (joka vaakasuoraan mentäessä on nolla). Käytännön materiaaleissa kapillaariverkko on epämääräinen huokosverkosto ja kapillaarivirtaus jossain vaiheessa pysähtyy kohtiin joissa kapillaari laajenee, ellei sitten nestettä ole niin paljon että se pystyy täyttämään koko verkoston.
kun kapillaarissa "vedettävä" vesimäärä kasvaisi niin paljon, että sen massan aiheuttama kitkavoima olisi suurempi kuin vetävä pintajännitysvoima, jos nyt oikein ymmärsin.
Tuota energiajuttua en siltikään oikein vielä ymmärtänyt. Selitykset ovat niin monimutkaisia ja minä vasta kuusivuotias tyttönen...
Voimat kirjoitti: "Veden energiasisältö alenee, eli periaatteessa kapillaariin siirtyvä vesi luovuttaa energiaa pois, vähän kuin jäätyvä vesi". Tarkottaisiko se sitä, että vesi luovuttaa lämpöenergiaansa kapillaarissa liikkuessaan. Eli se energia olisi peräisin lämmöstä???
Teoriassa vaakasuorassa äärettömän pitkässä tasapaksussa kapillaarissa virtaus etenisi loputtomiin kuitenkin jatkuvasti hidastuen. Kitkavoiman vuoksi virtaus hidastuisi jatkuvasti sitä mukaan kun matka pitenee. Tämä siis yksinkertaisen kapillaarivirtauskaavan mukaan, mutta sekin on vain idealisoitu malli, äärettömän pitkässä kapillaarissa voi tulla muitakin ilmiöitä mitä ko. malli ei huomioi.
Veden sitoutuessa kapillaariin sen energiasisältö alenee, olisiko jotenkin niin, että kapillaarin seinämän lähellä olevat vesimolekyylit ovat alemmassa energiatilassa. Vapautuva energia voi muuttua esim. lämmöksi, näin käy kun kastellaan kuivaa kapillaarista materiaalia.