Capilaridade

Mecânica do contínuo
Leis Conservação da massa Conservação do momento Conservação da energia Desigualdade da entropia
Mecânica dos sólidos Sólidos Tensão Deformação Compatibilidade Deformação finita Deformação infinitesimal Elasticidade linear Plasticidade Flexão Lei de Hooke Teoria de falha dos materiais Mecânica da fratura Mecânica do contato Sem fricção Friccional
Mecânica dos fluidos Fluidos Estática dos fluidos Dinâmica dos fluidos Empuxo Equações de Navier-Stokes Pressão Princípio de Bernoulli Princípio de Arquimedes Princípio de Pascal Turbulência Líquidos Tensão superficial Capilaridade Gases Atmosfera Lei de Boyle-Mariotte Lei de Charles Lei de Gay-Lussac Lei combinada dos gases Plasma
Reologia Viscosidade Newtoniano Não newtoniano Viscoelasticidade Fluidos inteligentes Magnetoreológico Eletroreológico Ferrofluidos Reometria Reômetro
Cientistas Bernoulli Boyle Cauchy Charles Euler Gay-Lussac Hooke Navier Newton Pascal Poiseuille Stokes
v d e

A ação capilar da água, à esquerda, em relação à do mercúrio, à direita

Capilaridade ou ação capilar é a propriedade física que os fluidos têm de subir ou descer em tubos extremamente finos. Essa ação pode fazer com que líquidos fluam mesmo contra a força da gravidade ou à indução de um campo magnético. Se um tubo que está em contato com esse líquido for fino o suficiente, a combinação de tensão superficial, causada pela coesão entre as moléculas do líquido, com a adesão do líquido à superfície desse material, pode fazê-lo subir por ele. Esta capacidade de subir ou descer resulta da capacidade de o líquido "molhar" ou não a superfície do tubo.

Ao colocarmos uma das extremidades de um tubo capilar de vidro dentro de um recipiente com água, observa-se que a água sobe no tubo e entra em repouso a uma determinada altura acima da superfície da água no recipiente. Se ao invés de água utilizar mercúrio, observa-se que o nível de mercúrio dentro do tubo capilar se estabiliza a uma distância abaixo do seu nível no recipiente. No primeiro caso, diz-se ter ocorrido uma ascensão capilar e no segundo uma depressão capilar. A explicação destes fenômenos capilares é feita com base numa propriedade associada com a superfície livre de qualquer líquido, denominada tensão superficial. (Souza, 2014).

Etimologia

A palavra capilar, não sendo o termo médico que se refere aos vasos capilares, significa tubo estreito. A palavra capilar vem do latim capillaris, que significa "do cabelo", visto que capillus é cabelo e que caput é cabeça.

Ação capilar

Quando um líquido entra em contacto com uma superfície sólida, este vai ser sujeito a dois tipos de forças que actuam em sentidos contrários: a força de adesão, e a força de coesão.

A força de adesão é a atração entre moléculas diferentes, ou seja, a afinidade das moléculas do líquido com as moléculas do tubo sólido. Atua no sentido de o líquido molhar o sólido. A força de coesão é a atração intermolecular entre moléculas semelhantes, ou seja, a afinidade entre as moléculas do líquido. Atua no sentido de manter o líquido em sua forma original.

Se a força de adesão for superior à de coesão, o líquido vai interagir favoravelmente com o sólido, molhando-o, e formando um menisco. Se a superfície sólida for um tubo de raio pequeno, como um capilar de vidro, a afinidade com o sólido é tão grande que líquido sobe pelo capilar. No caso do mercúrio, acontece o contrário, pois este não tem afinidade com o vidro (a força de coesão é maior).

A tendência do líquido de subir pelo capilar resulta da diferença de pressão gerada pela interface curva entre a fase líquida e a fase gasosa. Essa diferença de pressão pode ser calculada através da Lei de Young-Laplace.

Lei de Jurin

A ascensão de um líquido em um tubo capilar pode ser calculada pela Lei de Jurin. Essa lei estabelece que a altura h que o líquido sobe no tubo é dada por:

${\displaystyle h={\frac {2\gamma \cos \theta }{\rho gr}}}$^[1]

onde γ é a tensão superficial do líquido, θ é o ângulo de contato que o líquido faz com as paredes do tubo, ρ é a densidade do líquido, g é a aceleração da gravidade e r é o raio do tubo capilar. Segundo essa lei, um líquido só pode apresentar ascensão capilar quando θ é menor que 90°, sendo máxima quando o este ângulo é igual a zero. Em contrapartida, quando θ é maior que 90°, como no caso do mercúrio em um capilar de vidro, resulta uma ascensão capilar negativa, isto é, uma descensão capilar.

Ascensão capilar

A Lei de Jurin pode ser justificada por meio da Lei de Young-Laplace e da pressão gerada por uma coluna líquida a uma profundidade h. Segundo a lei de Young-Laplace, a diferença de pressão entre as duas faces de uma superfície esférica com raio de curvatura R é dada por ${\displaystyle \Delta P=2\gamma /R}$. No caso de um menisco esférico em um capilar de raio r, considerações geométricas permitem deduzir que ${\displaystyle r=R\cos \theta }$ e concluir que ${\displaystyle \Delta P=2\gamma /(r/\cos \theta )=2\gamma \cos \theta /r}$. Por outro lado, uma coluna líquida de altura h apresenta entre suas extremidades uma diferença de pressão de ${\displaystyle \Delta P=\rho gh}$. Igualando os dois ΔP e isolando h, obtém-se a equação da Lei de Jurin.

Outra maneira de demonstrar a Lei de Jurin se deve à tensão superficial e o peso da coluna líquida, já que:

${\displaystyle W=mg=\rho gV}$

Igualando o componente vertical da força de tensão superficial ao peso resulta

${\displaystyle W=\rho g(\pi R^{2}h)=2\pi R\gamma cos\theta }$, logo

${\displaystyle h={\frac {2\gamma cos\theta }{\rho gR}}}$.

Ver também

• Tensão superficial
• Brasagem
• Porosidade
• Molhabilidade

Referências

1. John M. Cimbala, Yunus A. Cençel. Mecânica dos Fuidos. [S.l.: s.n.] 

• Portal da física