Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik Abitur
  3. 2 Mechanik
  4. 2.1 Grundeigenschaften von Körpern und Stoffen
  5. 2.1.2 Teilchenanzahl, Stoffmenge und Aufbau der Stoffe
  6. Kapillarität

Kapillarität

Das Aufsteigen von Flüssigkeiten in engen Röhren (Kapillaren) oder Hohlräumen wird als Kapillarität bezeichnet. Man kann sie z.B. unmittelbar beobachten, wenn man ein Stück Zucker mit einer Ecke in Tee oder Kaffee hält.
Für die Kapillarität gilt: Je enger eine Röhre oder ein Hohlraum ist, umso höher steigt beispielsweise Wasser. Ursache für die Kapillarität sind die Molekularkräfte und die sich daraus ergebende Oberflächenspannung der Flüssigkeit.
Es gibt auch Flüssigkeiten, bei denen genau der umgekehrte Effekt auftritt, also die Flüssigkeit in einer engen Röhre nicht aufsteigt, sondern abfällt.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Dass sich ein Stück Würfelzucker mit Tee vollsaugt, auch wenn man nur ein kleines Stück des Zuckers in den Tee hält, ist eine Folge der Kapillarität. Auch die Saugwirkung von bestimmten Tüchern oder das Aufsteigen von Wasser im Boden wird durch die Kapillarität bewirkt

Feuchte Wände bei einem Haus kommen zustande, wenn die Grundmauern, die sich im feuchten Erdreich befinden, nicht ausreichend isoliert sind. Dann kann Wasser durch die Poren in den Ziegelsteinen allmählich nach oben steigen und zu feuchten Wänden führen. Hier hilft nur eine Isolierung der Grundmauern mit wasserundurchlässigen Schichten.

  • Bringt man angefärbtes Wasser in ein Gefäß mit verbundenen Röhren, die eine sehr unterschiedliche Querschnittsfläche haben, dann zeigt sich: Je kleiner der Radius der Röhre ist, desto höher steigt das Wasser.

    Vogt, Patrik, Landau

Herleitung der kapillaren Steighöhe h

Das in Bild 1 dargestellte Experiment zeigt, dass die kapillare Steighöhe h in einer Kapillare von deren Radius r abhängig ist. Wie sie berechnet werden kann, soll nun hergeleitet werden.
Das oberhalb des Wasserspiegels stehende Wasser im Röhrchen (Bild 2) hat die Gewichtskraft:

F G = m Fl ⋅ g m Fl Masse der überstehenden Flüssigkeit g Fallbeschleunigung (Ortsfaktor)

Die Masse der überstehenden Flüssigkeit kann man ersetzen durch das Produkt aus deren Volumen und deren Dichte. Es gilt dann:

F G = ρ ⋅ V ⋅ g

Das Volumen des betrachteten Kapillarenstücks kann wie das eines Zylinders berechnet werden. Durch Einsetzen folgt:

F G = π ⋅ r 2 ⋅ h ⋅ ρ ⋅ g

Dabei ist h die gesuchte Steighöhe. Die Flüssigkeitssäule befindet sich in Ruhe, d.h. es ist ein Kräftegleichgewicht vorhanden. Die Kraft, die der Gewichtskraft entgegenwirkt, ist die von der Oberflächenspannung herrührende Kraft F. Für diese Kraft gilt:

F = 2   π ⋅ σ ⋅ r σ Oberflächenspannung r Radius der Kapillare
Nun können wir die beiden Kräfte gleichsetzen:

F = F G 2   π ⋅ σ ⋅ r = π ⋅ r 2 ⋅ h ⋅ ρ ⋅ g

Kürzen und Auflösen nach der Steighöhe h führt zu der gesuchten Beziehung

h = 2   σ ρ ⋅ g ⋅ r σ Oberflächenspannung ρ Dichte der Flüssigkeit g Ortsfaktor r Radius der Kapillare

Für einen bestimmten Stoff hängt die Steighöhe also nur von dem Radius des Röhrchens ab.
Zu beachten ist, dass diese Beziehung nur für den Fall einer vollkommen benetzenden Flüssigkeit gilt. Eine benetzende Flüssigkeit steht in einem Gefäß am Rand höher als in der Mitte. Sie bildet auf einer ebenen Fläche einen linsenförmigen Tropfen. Das gilt z.B. für Wasser.
Eine nicht benetzende Flüssigkeit steht dagegen in einem Gefäß am Rand niedriger als in der Mitte. Sie bildet auf einer ebenen Fläche kleine Kügelchen. Eine solche nicht benetzende Flüssigkeit ist z.B. Quecksilber. Bei solchen nicht benetzenden Flüssigkeiten tritt folgender Effekt auf: In einer Kapillare steigt die Flüssigkeit nicht nach oben, sondern sinkt nach unten. Das kann man am Beispiel von Quecksilber leicht zeigen.

Beispiel für Wasser
Die kapillare Steighöhe von Wasser soll für ein Röhrchen mit einem Radius von 1 mm berechnet werden. Die Dichte von Wasser beträgt 1 g cm 3 = 1   000 kg m 3 und die Oberflächenspannung 0,07 N m .

Dann gilt für die Steighöhe: h = 2   σ ρ ⋅ g ⋅ r Einsetzen der Zahlenwerte ergibt: h = 2 ⋅ 0,07 N ⋅ m -1 1 mm ⋅ 1000 kg ⋅ m -3 ⋅ 9 ,81 m ⋅ s 2 h ≈ 14,3 mm ¯

Unter den gegebenen Bedingungen würde das Wasser etwa 14 mm hoch stehen.

  • Die Steighöhe hängt bei einem bestimmten Stoff nur vom Radius des Röhrchens ab.
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Kapillarität." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/kapillaritaet (Abgerufen: 20. May 2025, 07:01 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • benetzende Flüssigkeit
  • Saugwirkung
  • kapillare Steighöhe
  • nicht benetzende Flüssigkeit
  • Poren
  • Kapillarität
  • Oberflächenspannung
  • Molekularkräfte
  • Kapillaren
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Teilchenmodelle

Alle Stoffe sind aus sehr kleinen Teilchen, den Atomen und Molekülen, aufgebaut. Den Aufbau von Stoffen kann man mithilfe von Teilchenmodellen beschreiben bzw. veranschaulichen. Die Modelle ermöglichen es auch, eine Reihe von Erscheinungen zu deuten bzw. zu erklären.
Je nach ihrem Verwendungszweck gibt es sehr unterschiedliche Arten von Teilchenmodellen: Neben ideellen Modellen in Form eines Aussagensystems nutzt man auch verschiedene materielle (gegenständliche) Modellen, z.B. um die Struktur von Stoffen anschaulich zu machen.

Wissenstest, Eigenschaften von Körpern und Stoffen

Zu den grundlegenden Eigenschaften von Körpern und Stoffen gehört es, ein Volumen und eine Masse zu haben. Kennzeichnend für jeden Stoff ist seine Dichte. Der Aufbau der Stoffe kann mit einem einfachen Teilchenmodell beschrieben werden.
Zur Beschreibung von Körpern werden die Modell Massepunkt und starrer Körper genutzt. Getestet werden Kenntnisse über grundlegende Eigenschaften von Körpern und Stoffen.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik- Eigenschaften von Körpern und Stoffen".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Brownsche Bewegung

Die unregelmäßige Bewegung von mikroskopisch beobachtbaren Körperchen (Körnchen von Blütenstaub, Rauchteilchen) wird als brownsche Bewegung bezeichnet.
Sie wurde 1827 von dem schottischen Botaniker ROBERT BROWN (1773-1858) entdeckt und 1905 von ALBERT EINSTEIN (1879-1955) erklärt. Die brownsche Bewegung, auch brownsche Molekularbewegung genannt, ist ein Beleg für die Existenz von kleinsten, im Mikroskop nicht sichtbaren Teilchen (Atomen, Molekülen).

Diffusion

Das selbständige Durchmischen von Teilchen verschiedener Stoffe wird als Diffusion bezeichnet. Das Phänomen ist eine Folge der thermischen Bewegung der Teilchen, die zu einer allmählichen Durchmischung führt.
Besonders ausgeprägt tritt die Diffusion bei Gasen und Flüssigkeiten auf. Auch bei festen Körpern ist sie möglich. Das wird z.B. in der Hableitertechnologie bei der Herstellung von dotierten Halbleitermaterialien genutzt.

Kohäsion und Adhäsion

Zwischen den Teilchen von Stoffen wirken zwischenmolekulare Kräfte, auch Molekularkräfte genannt. Die Erscheinung, dass zwischen den Teilchen eines Körpers anziehende Kräfte wirken, wird als Kohäsion bezeichnet. Die zwischen den Teilchen wirkenden Kräfte heißen Kohäsionskräfte.
Die Erscheinung, dass zwischen den Teilchen verschiedener Körper anziehende Kräfte wirken, wird als Adhäsion bezeichnet. Die zwischen den Teilchen wirkenden Kräfte heißen Adhäsionskräfte.
Eine Folge der Molekularkräfte ist die Oberflächenspannung, die unter anderem dazu führt, dass Regentropfen die Form einer Kugel einnehmen.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025