Hallo,
ich zerbreche mir schon eine weile den kopf, wie das mit der kapillarwirkung und der energieerhaltung so klappt. die gefundenen texte sind nicht wirklich eine gute erklärung.
also, meine frage: steigt eine flüssigkeit durch die kapillarwirkung, hat sie mehr potentielle energie. woher kommt die bzw wovon wird sie abgezogen?.
grüße matthias
TAch Matthias,
die Ursache dafür ist die Oberflächenspannung die dafür sorgt, dass die Fluessigkeitssäule ansteigt. Im GG wiederum mit der Schwerkraft ergibt sich die Steighoehe.
ciao Slam
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Hallo,
danke für die Antwort, aber das war nicht meine frage. ich verstehe das mit der energie nicht.
grüße matthias
Hallo!
Kapillarität ist die Folgeerscheinung der Kräfte zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit und denen einer Gefäßwand. Tritt zwischen Flüssigkeit und Wand eine Adhäsion auf, die größer ist als die Kohäsion in der Flüssigkeit selber. d.h. benetzt die Flüssigkeit die Wand, z. B. Wasser fettfreies Glas, so steigt die Flüssigkeit an der Wandung hoch, wodurch eine möglichst große Fläche benetzt wird. In einer engen Röhre (Kapillare) steht sie höher als in einem weiten Rohr. Eine nicht benetzende Flüssigkeit, in der die Kohäsion größer ist als die Adhäsion der Wand (z.B. Quecksilber in einer Glasröhre), steht tiefer.
Gruß max
Hallo
Ja , das Wasser steigt ja auch viele Meter in Bäumen auf .
Die Energie dafür ergibt sich aus der mechanischen Spannung zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche der Kapillaren.
Ein waagerecht liegender trockener Baum müßte sich demnach durch Aufsaugung von Wasser etwas erwärmen , weil Oberflächenspannung abgebaut wird .
Die Anlagerung von Wasser an hydrophilen Stoffen hat Ähnlichkeit mit einer chemischen Reaktion , bei welcher Energie frei wird . Umgekehrt ist Energie notwendig , um beide Stoffe zu trennen .
Das hat auch Ähnlichkeit mit Elektrostatik , ein Styroporkrümel wird leicht elektrostatisch angehoben .
Ich hoffe , das konnte weiterhelfen
Matthias
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Hallo Matthias.
meine frage: steigt eine flüssigkeit durch die
kapillarwirkung, hat sie mehr potentielle energie.
Ja.
woher kommt die bzw wovon wird sie abgezogen?.
In der Flüssigkeitsgrenzfläche (hier die zu Glas/Luft) ist potentielle Energie gespeichert. Um sie – egal durch welche Methode – zu vergrößern, mußt Du Energie aufwenden. Umgekehrt wird Energie frei, wenn sich die Fläche aus irgendeinem Grund verkleinert. Um wieviel, hängt von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ab.
Stell Dir nun eine Straßenkuppe vor, auf dessen einer Hangseite ein PKW und auf der anderen ein LKW steht, die beide über ein Abschleppseil miteinander verbunden sind. Auch dies ist ein System, in dem potentielle Energie gespeichert ist. Wenn die Fahrer die Bremsen lösen, wird der LKW anfangen, abwärts zu rollen, und dabei den PKW aufwärts ziehen, bis die Fahrer nach 5 m wieder auf die Bremse treten. Es treffen nun folgende Aussagen zu: 1. Das System LKW+PKW+Seil befindet sich jetzt in einem Zustand geringerer Gesamtenergie (die Energie, die freigeworden ist, hat die Bremsscheiben aufgeheizt), 2. der PKW hat potentielle Energie gewonnen. 1 und 2 widersprechen sich nicht, weil der LKW einfach mehr verloren als der PKW gewonnen hat. Die Energierechnung „bezahlen“ muß man dann, wenn man den Ausgangszustand wiederherstellen will – dann muß man Arbeit am System verrichten (aufgrund der Reibungsverluste sogar mehr, als die Differenz der potentiellen Energien der beiden Zustände).
Bei dem Kapillarproblem entspricht der potentiellen Energie des LKWs die pot. Energie, die in der Flüssigkeitsoberfläche steckt, der pot. Energie des PKWs entspricht die pot. Energie des Flüssigkeitsteils, der sich im Kapillarrohr befindet, und den Bremsscheiben entspricht die Wand der Kapillare, die für die Dämpfung der Bewegung der Flüssigkeit sorgt. Der Grund dafür, warum die Flüssigkeit in der Kapillare nach oben steigt (sofern es eine benetzende Flüssigkeit ist), ist derselbe wie bei PKW+LKW: Das System erreicht dadurch einen Zustand mit geringerer Gesamtenergie.
Wenn die Flüssigkeit in der Kapillare hochgestiegen und zur Ruhe gekommen ist, ist 1. Energie freigeworden, welche die Wand der Kapillare erwärmt hat, 2. hat die Flüssigkeit in der Kapillare potentielle Energie gewonnen. Der Energiesatz läßt das zu. Was er fordert, ist: „Wenn Du den Ausgangszustand wiederherstellen willst, dann mußt Du Arbeit am System verrichten!“. Um die Flüssigkeit wieder aus der Kapillare herauszubekommen, mußt Du Dich also abrackern. „Tricks“ wie Zerdeppern der Kapillare helfen Dir übrigens garnichts – die nötige Arbeit wird Dir immer auf irgendeine Weise abverlangt.
Mit freundlichem Gruß
Martin
Hallo Martin
herauszubekommen, mußt Du Dich also abrackern. „Tricks“ wie
Zerdeppern der Kapillare helfen Dir übrigens garnichts – die
nötige Arbeit wird Dir immer auf irgendeine Weise abverlangt.
Was meinst Du zu diesem „Trick“:
Wenn der Kapillare ein kleiner Stoß versetzt wird müsste die Flüssigkeit doch oben raustropfen und unten wieder nachfließen,oder?
Gruß Feudelio
Hallo Feudelio,
Wenn der Kapillare ein kleiner Stoß versetzt wird müsste die
Flüssigkeit doch oben raustropfen und unten wieder
nachfließen,oder?
ein kleiner Stoß führt nur dazu, daß der Flüssigkeitspegel in der Kapillare ein wenig schwankt (in der Vertikalen). Es ist genau wie bei einem Pendel: Das System hat eine Ruhelage (Minimum der Potentialmulde), die es nicht freiwillig verläßt. Wer den Flüssigkeitspegel ändern will, muß Arbeit gegen die Rückstellkräfte verrichten (wobei es egal ist, ob der Pegel nach oben oder nach unten verschoben werden soll). Die Arbeit, die die Ausführung des Stoßes kostet, macht letzten Endes nur die Wand der Kapillare etwas warm, wegen der Reibungskräfte zwischen Flüssigkeit und Glas.
Ist der Stoß jedoch genügend groß, wird die Flüssigkeit tatsächlich oben herauskommen, und nichts hindert Dich daran, damit ein Wasserrad anzutreiben. Der Haken ist, daß ein erfolgreicher Stoß eine ganze Menge Arbeit erfordert. Der Grund: Damit sich die Flüssigkeit nicht einfach wieder ins Rohr zurückzieht, muß sich an der Austrittsstelle (oberes Ende der Kapillare) ein genügend großer Tropfen bilden. Das geht nun aber nicht ohne eine Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfläche, und genau die kostet kräftig Energie. Die kinetische Energie W = 1/2 m v^2 (m = Masse der Flüssigkeit in der Kapillare, v = ihre Geschwindigkeit nach dem Stoß), die Du beim Stoß am System verrichtest, muß deshalb entsprechend groß sein. Ziehst Du die Bilanz, kommt immer heraus, daß Du nicht mehr Energie gewinnst, als Du hineingesteckt hast. Der Energiesatz läßt sich (auch hier) nicht „austricksen“.
Mit freundlichem Gruß
Martin
Hallo
Ja , das Wasser steigt ja auch viele Meter in Bäumen auf .
ich habs im fernsehen bei so einer wüstenechse gesehen.
Die Energie dafür ergibt sich aus der mechanischen Spannung
zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche der
Kapillaren.
Ein waagerecht liegender trockener Baum müßte sich demnach
durch Aufsaugung von Wasser etwas erwärmen , weil
Oberflächenspannung abgebaut wird .
aber das anheben des wassers verbraucht doch energie bzw wandelt sie in potenzielle energie um
Die Anlagerung von Wasser an hydrophilen Stoffen hat
Ähnlichkeit mit einer chemischen Reaktion , bei welcher
Energie frei wird . Umgekehrt ist Energie notwendig , um beide
Stoffe zu trennen .
Das hat auch Ähnlichkeit mit Elektrostatik , ein
Styroporkrümel wird leicht elektrostatisch angehoben .Ich hoffe , das konnte weiterhelfen
Matthias
noch nicht wirklich
danke
Hallo,
das war gut. Ich denke ich habs.
Danke dir!
Grüße Matthias