Kapillaartõus

Joonis 1.7.5. Märgav (a) ja mittemärgav (b) vedelik kapillaaris.

Pindpinevuse ja märgamisega on seotud palju igapäevaseid nähtusi, nagu vee imbumine poorsetesse materjalidesse, vee liikumine pinnases ja taimedes jpm. Vedelike omadust tungida peenikestesse vahedesse, kiudude vahele, pooridesse nimetakse kapillaarsuseks. Vaatleme kapillaarsuse näitena vee käitumist peenikeses püstises klaastorus, kapillaaris. Pole raske märgata, et klaasi ja vee puutepiiril tõuseb vesi veidi mööda klaasi üles. Piisavalt peenikeses vette pistetud torus (joonis 1.7.5.) saavad need veepinna serva kumerdumised keskel kokku. Toru sees tõuseb veepind ümbritsevast veest kõrgemale ja hoiab ligilähedaselt sfäärilist kuju. Vedelikusamba lahtise pinna kõverdunud kuju nimetatakse meniskiks. See tekib kõigis torukestes, pipettides, voolikutes, väikestes mõõtnõudes jm. Paljud inimesed vaatavad värvitud piirituse meniskit oma õuetermomeetri paisumistorus iga päev, aga väiksuse tõttu märgatakse seda harva. Luupi appi võttes on hästi näha sedagi, et elavhõbetermomeetris kõverdub menisk teistpidi, sest elavhõbe klaasi ei märga.

Küsime nüüd, millest sõltub ja kui suur on kapillaartõus? Otsapidi vette pistetud peenikese klaastoru sees tõuseb vesi ümbritsevast veepinnast kõrgemale. Kui kõrgele tõuseb veesammas teatud läbimõõduga klaaskapillaaris?

Kui vesi on kapillaari tõusnud ja püsib seal paigal, siis on tegemist jõudude tasakaaluga. Allapoole suunatud raskusjõud () on tasakaalus pindpinevusjõuga (). Võib öelda, et vee menisk ripub tänu märgamisele servapidi klaasi küljes.

Arvestame, et

ja

Avaldame silindrilises kapillaaris oleva vee massi tiheduse () ja vedelikusamba mõõtude (, ) kaudu, vee ja klaasi puutepiiri pikkuse toru läbimõõdu () kaudu ning saame (asendades ja teisendades) kapillaartõusuks:

Kirjeldatud mudel ei ole kuigi täpne. Näiteks arvestasime ülihea märgamisega praktiliselt nullkraadise märgamisnurgaga, mis vee ja klaasi korral muidugi nii ei ole. Ometi annab saadud valem kapillaartõusust hea ettekujutuse. Vedelikud tõusevad kõrgemale peenemates kapillaarides ja suurema pindpinevusteguri korral. Muidugi vähendab kapillaartõusu vedeliku suurem tihedus. Ehitusinsenerid väidavad, et sobivate tingimuste korral võib kapillaartõus näiteks betooni poorides ulatuda kümne kilomeetrini. Kapillaarsusega ja aurustumisega seondub vee ja lahuste  liikumine taimedes, pinnases ja ehitusmaterjalides.

Tuletame meelde, et pindpinevust juhivad kohesioonijõud, märgamist aga adhesiooni ja kohesioonijõud koos. Seega on märgamine keeruline ja mitmetahuline nähtus, sõltub nii vedeliku kui tahkise omadustest ja on tundlik vedeliku lisandite ning pinna puhtuse suhtes. Oma osa mängib temperatuur ja aurustumine. Kapillaartõus on küll märgamisega seotud, aga see pole siiski sama nähtus. Hea märgamise korral tõuseb vedelik mööda anuma seina ka laias anumas, mitte ainult kapillaaris. Näiteks õlil ja petrooleumil on omadus mööda nõu seinu „üles ronida” ja nii väliskülg kui lauaplaat mõne päevaga üsna õliseks teha. Samamoodi käituvad alkohol ja kergemad kütused, mis aga aurustumise tõttu lausa pudeli välisküljele ei jõua.