KAPILLÁRIS JELENSÉG (hajszálcsövesség)

A kapillaritás vagy hajszálcsövesség jelenségével gyakran találkozhatunk a mindennapi életben. Vízgazdálkodási szempontból igen fontos a talajban megfigyelhető formája. A kapillaritás révén a talaj jelentős vízmennyiséget tud megtartani a pórusaiban (rendszerük hajszálcsőhálózat-szerű) a gravitációs erő ellenében. A talajban történő folyadékmozgást is erősen befolyásolja a jelenség.

Ha vékony üvegcsöveket merítünk a vízbe - vagy más nedvesítő folyadékba -, azt tapasztaljuk, hogy a csőben a folyadékfelszín magasabban helyezkedik el, mint a csövön kívüli folyadékszint. Nem nedvesítő folyadék esetén a vékony csőben a vízszint ellentétesen változik, azaz csökken. Azt a jelenséget, hogy a folyadékok szintje kis átmérőjű csövekben a „normális szint” alatt vagy felett tud elhelyezkedni, kapillaritásnak nevezzük

A kapilláris emelkedést a folyadék felszínén működő, felületi feszültségből származó erő biztosítja. Ez az ún. kapilláris erő képes megtartani a megemelkedett folyadékmennyiséget a gravitációval szemben

A kapilláris emelkedés magassága (hk) fordítottan arányos a cső (belső) átmérőjével (d), tehát minél vékonyabb a cső, annál magasabbra emelkedik benne a folyadék. Víz esetén a következő képlettel jó közelítéssel meghatározhatjuk a kapilláris emelési magasságot: ℎ 𝑘 = 30 𝑑 ahol a csőátmérőt mm-ben kell megadni és így az emelési magasságot is mm-ben kapjuk meg. A képlet szerint egy 3 mm átmérőjű csőben 10 mm, egy 1 mm átmérőjű csőben 30 mm a vízszintemelkedés.

A felületi feszültséggel függ össze az ún A felületi feszültséggel függ össze az ún. kapilláris emelkedés és kapilláris süllyedés jelensége. A vékony csövekben (kapillárisokban) a folyadékok nem követik a közlekedőedényekre vonatkozó törvényt: a nedvesítő folyadék szintje magasabb, nem nedvesítő folyadéké pedig alacsonyabb, mint nagy felületű edényben. Az előbbi jelenséget kapilláris emelkedésnek, utóbbit kapilláris süllyedésnek nevezzük.

Üveg kapillárisban kapilláris emelkedést mutat például a víz, és kapilláris süllyedést a higany. Kapilláris emelkedés akkor következik be, ha a folyadék nedvesíti a kapilláris falát, vagyis a folyadék és a szilárd anyag részecskéi között nagyobb a vonzóerő, mint az azonos folyadék molekulák között. A nedvesítési peremszög Θ < 90°. Ha ezek az erők kisebbek, vagyis a folyadék és a szilárd részecskék taszítják egymást, akkor kapilláris süllyedés lép fel. A nedvesítési peremszög Θ > 90°.

A következő ábra segítségével kiszámíthatjuk az emelkedés, illetve a süllyedés nagyságát.

Ha például a nedvesítő folyadék a csőben h magasságba emelkedik fel, akkor a folyadékoszlop súlya (Fg) miatt egy lefelé ható erő működik, amelynek nagysága a folyadékoszlop súlyával egyenlő: Fg = 𝑟2 𝜋 𝜌 𝑔 ℎ   Ezt az erőt ellensúlyozza a folyadék és az üveg részecskéi között működő adhéziós erő felfelé mutató komponense (Fγ): Fγ = 2 𝑟 𝜋 𝛾 cos⁡Θ   A két erő egyenlősége esetén a folyadék emelkedésének vagy süllyedésének mértéke, a h kiszámítható: ℎ= 2𝛾∙𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜌∙𝑔∙𝑟

Miért kellemesebb és egészségesebb viselet a pamutból készült ruhanemű, mint a műanyagból való? Sok anyagban vannak keskeny, szemmel nem is látható hajszálcsövek. A pamutból készült ruhában sok hajszálcső van, ezért jól szívja a nedvességet.

Miért fut szét itatós- vagy újságpapíron a tinta? Az itatóspapírban a hajszálcsövesség alapján a folyadék szétterjed, mert a papír- és a tintarészecskék között számottevő erőhatás van.

Miért nehezebb a tintát radírozni, mint a ceruzát? Amikor tintával írunk, az be is szivárog a papirosba. A papírban ugyanis igen vékony hajszálcsövecskék vannak, ezek felszívják a tintát, a tinta behatol a papír belsejébe, és csak a papírral együtt távolítható el.

Miért szívódik tele kávéval a kávéba mártott kockacukor akkor is, ha a cukrot nem lepi el teljesen a kávé? A kockacukor szivacsos szerkezete hajszálcsövek hálózatának tekinthető, ezért benne a kávé oldószerét képező víz amely nedvesítő folyadék, a csészében levő kávé szintjénél magasabbra húzódik.

A nedvesség következtében sok ház fala nyirkos és penészes. Miért A nedvesség következtében sok ház fala nyirkos és penészes. Miért? Hogyan védekeznek ellene? Házak falának vizesedésekor a talaj nedvessége a fal anyagának hajszálcsövein szivárog fel. Ilyenkor szigeteléssel zárják el a hajszálcsöveket.

Hogyan lehet megőrizni a talajvíz nedvességtartalmát öntözés nélkül? Az erős napsütés és szél hatására a termőtalaj kiszárad, hajszálcsöveken keresztül elpárolog a talajvíz. Hogyan lehet megőrizni a talajvíz nedvességtartalmát öntözés nélkül? A termőföld felszínén kapálással szüntethetjük meg a hajszálcsöveket. Így akadályozzuk meg, hogy a talaj kiszáradjon.

Miért könnyű szivaccsal, papír zsebkendővel gyorsan feltörölni a kiöntött vizet?

Kapálás, kapálás, kapálás Kapáláskor nem csak gyomtalanítunk - a gyomok tápanyagot és nedvességet vonnak el a növényeinktől, de lombfelületükkel nagy mennyiségű nedvességet is elpárologtatnak a talajból. A kapálás egyik célja a talaj nedvességének megőrzése, illetve alkalmassá tesszük a talajt a nedvesség befogadására. Arra kell törekedni, hogy a talajban lévő víz nagy hányadát a növényeink párologtassák el, vagyis a talajból való párolgást minimálisra csökkenteni, a konkurens növényeket (gazokat) kiiktatni.

Ahol víz van, ott párolgás is van Ahol víz van, ott párolgás is van. A talaj mélyebb rétegeiben lévő nedvesség a talaj hézagain keresztül, a kialakult hajszálcsöves rendszeren át jut a felszínre és párologna el, ha nem kapálnánk. Kapálással azonban a talaj felső rétegében kialakult hajszálcsöves rendszert rongáljuk össze, így egy igen jó szigetelőréteget hozunk létre. (Nevezhetjük szigetelőrétegnek a kapálással elmozdított földet, hisz megakadályozzuk, hogy a nedvesség elpárologjon. A mulcsozásnak is ez az egyik lényeges pozitívuma, hogy a kihelyezett réteggel a párolgást csökkentjük le)

Öntözés után, amikor a talaj felső rétege megszikkad, kapálással tudjuk megakadályozni, hogy a nedvesség az alsóbb rétegekből elpárologjon. Az újabb nedvesség (eső, öntözés) úgy lesz hatásos, ha a talaj felszíne nincs megtömörödve, mert a tömörödött talajon a víz el-, nem pedig lefolyik a mélyebb rétegekbe. Ha azonban megkapáltuk a talajt, a víz mélyre tud beszívódni, így a növénye A kapálás olyan mély legyen, hogy a gyökerek ne sérüljenek, illetve a kapálás mélységével határozhatjuk meg a "szigetelő réteg vastagságát" amivel a talajban lévő vízpárát megállítjuk. k sokáig tudják hasznosítani.

Minden esetben gyökerek feletti talajréteget kell porhanyítani Minden esetben  gyökerek feletti talajréteget kell porhanyítani. A sekélyen gyökerezők, mint pl. az uborka, hagyma, stb. növényeknél sekélyen kapálunk, szőlő, gyümölcsfák, évelők, bogyós gyümölcsöknél a talajt mélyebben kell kapálni, hogy a nedvességet az alsóbb rétegben tartsuk meg. Kapáláskor szellőztetjük is a talajt.