Kapilarna cev

Ukoliko ste tražili kapilarne cevi (kapilare) u organizmima sisara, pogledajte članak Kapilar.

Obične i kapilarne cevi

Kapilarna cev ili kapilarni sud je svaka cev (sud) čiji je prečnik vrlo mali, obično kraći od 1 mm. Naziv reči potiče od reči kapilar, što znači tanko ili dlaka.

U ovako uskim cevima na mestima dodira zida cevi i tečnosti u njoj, dolaze do izražaja mnogi efekti koji nastaju na mestima dodira tečnosti i čvrstih tela usled su molekularnih sila, a posledica su površinskog napona tečnosti. Kapilarne cevi se prepoznavaju po tome što se na površini tečnosti koja se nalazi u njima obrazuje menisk.

U kapilarama se tečnosti ne ponašaju po zakonima spojenih sudova, već nivo tečnosti može biti iznad ili ispod nivoa tečnosti u sudu u kome je kapilar zaronjen. Koji od ta dva slučaja će biti u pitanju zavisi od prirode same tečnosti.

Kapilarne cevi u prirodi

Kapilarne cevi su veoma rasprostranjeni u prirodi, a na kapilarnim efektima se zasnivaju mnoge pojave u svakodnevnom životu.

• Najkraći i najbrojniji sudovi u organizmima sisara su kapilari. Njihova dužina varira od 5 do 10 μm, dok im je zid debljine 0,5 mikromilimetara. Mala debljina zida kapilara služi efikasnoj i brzoj razmeni materije iz i u kapilare. Vrši se protok supstanci poput molekula kiseonika, ugljen-dioksida, šećera, amino kiselina, vode između krvi i ćelija tkiva. Nivo razmena materija kroz zidove kapilara varira od regiona do regiona, i u nekim delovima tela, kao što je mozak, razmena ne postoji.

• Biljke pomoću kapilarnih cevi vrše transport vode i minerala od korena ka višim delovima biljke, uprkos delovanju gravitacione sile.
• Kapilarnim sudovima se voda prenosi iz vlažnog u suvo zemljište.
• Male pore kod sunđera se ponašaju kao kapilari i zahvaljujući njima sunđeri mogu da upiju velike količine vode.

Kapilarne cevi u industriji i primeni u svakodnevnom životu

Jak kapilarni efekat slučajno izazvan između olovke sa crvenim mastilom i kapilarnim cevima tkanine.

• Kapilarne cevi imaju značaj u tehnici, npr. pri procesu floatacije koji se zasniva upravo na takvim procesima.
• Njihova velika primena je i u industriji, u proizvodnji materijala, posebno kao kod proizvodnje materijala za sportsku odeću. Tada se koristi materijal koji sa sitnim kapilarnim sudovima koje imaju ulogu da pokupe znoj sa kože. Ovakvi materijali se pored sveća i fitilja lampi, često nazivaju kapilarni materijali.

Kapilarni efekti u cigli - apsorpcione sposobnosti betona

• Na starim zgradama na kojima ne postoji horizontalna i vertikalna hidroizolacija ili ona postoji, ali je tokom godina postala propusna, dolazi do pojave kapilarne vlage u zidovima. Većina građevinskih materijala je porozna i materijal sadrži veliki broj finih kapilarnih cevčica, koje pri slaboj izolaciji od vode upijaju vlagu poput sunđera. Cigla, malter i kreč najjače upijaju vlagu. Gornja granica količine vlage u zidovima zavisi od vlažnosti okolnog tla, gustine kapilara građevinskog materijala i mogućnosti isparavanja.
• Pokazalo se da je u elektrodama gorivne ćelije sa gasom najefikasnije koristiti jednu običnu cev i jednu kapilarnu cev, zbog regulisanja pritiska gasa i istiskivanja elektrolita. U takvim elektrodama se na strani elektrolita nalaze uske cevi kod kojih se izrazito ispoljavaju kapilarni efekti, pa reakcija ne zavisi toliko od pritiska gasa, a samim tim je moguće bolje kontrolisanje elektrohemijske reakcije koja se obavlja u cevima.
• Kapilarne pojave su primećene i u tankoslojnoj hromatografiji kada je pronađeno da se rastvarač kreće vertikalno naviše i kad se pore ponašaju kao granice među malim česticama, tj. kao kapilarne cevčice.

Kapilarni efekti

Glavni članak: Kapilarni efekti

Kapilarni efekti pokazuju sklonost tečnosti da ulaze ili zalaze u uske procepe, a manifestuju se i površinom tečnosti koja nije potpuno horizontalna, već se uz zidove suda zakrivljuje. Ovakve pojave se objašnjavaju postojanjem različitih sila adhezije i kohezije, odnosno postojanje površinskog napona tečnosti.

U ovako uskim cevima na mestima dodira zida cevi i tečnosti u njoj, dolaze do izražaja mnogi efekti koji nastaju na mestima dodira tečnosti i čvrstih tela usled su molekularnih sila.

Kapilarne pojave kod vode i žive, kapilarna atrakcija i kapilarna depresija.

U uskim cevima kao što su kapilarne cevi, tečnosti se ne ponašaju po zakonu spojenih sudova. Ugao kvašenja zavisi od vrste tečnosti i materijala suda. Ako je kapilarna cev postavljena u veći sud zaronjena u tečnost koja dobro kvasi zidove suda (kao što su npr. voda ili etanol), nivo tečnosti u kapilari je uvek viši od nivoa tečnosti u većem sudu. Ovakva pojava se naziva kapilarna atrakcija. U slučaju kada je nivo tečnosti u kapilari niži od onog u većem sudu (slučaj kod žive), pojava se naziva kapilarna depresija.

Visina tečnosti u kapilarnoj cevi

Kada se u kapilarnoj cevi uspostavi ravnoteža na tečnost koja se penje uz zidove suda, dolazi do kompenzovanja težine stuba koja je usmerena naniže i vertikalne komponente sile površinskog napona koja je usmerena naviše.

Sila površinskog napona deluje po unutrašnjem obimu cevi i njen intenzitet je:

$F=2r\pi \gamma ,$

gde je: γ - konstanta površinskog napona između dve sredine, a r - unutrašnji poluprečnik cevi. Iz ukupne sile površinskog napona po celom obimu cevi, može se izdvojiti vertikalna komponenta i ona će iznositi:

$F_{v}=F\cos {\theta }=2r\pi \gamma \cos {\theta }.$

Kako je težina stuba tečnosti:

$Q=\rho gV=\rho gr^{2}\pi h,$

gde je ρ - gustina, V - zapremina, g - ubrzanje Zemljine teže, h - visina.

Onda će za stanje ravnoteže će važiti:

$F_{v}=Q$

$2r\pi \gamma \cos {\theta }=\rho gr^{2}\pi h,$

odakle se dobija:

$h={{2\gamma \cos {\theta }} \over {\rho gr}}.$

Za potpuno kvašenje, ugao kvašenja iznosi 0, pa je cosθ = 1 i tada je visina nivoa tečnosti u cevi:

$h={{2\gamma } \over {\rho gr}}.$

Formula za visinu u slučaju kapilarne depresije, se dobija na sličan način, kada se izjednače $-F_{v}=Q.$

Vidi još

• kapilarni efekti
• kapilara
• zakon spojenih sudova
• površinski napon
• voda
• etanol
• živa

Literatura

• Maton, Anthea; Jean Hopkins, Charles William McLaughlin, Susan Johnson, Maryanna Quon Warner, David LaHart, Jill D. Wright (1993). Human Biology and Health. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-981176-0. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)