毛管現象は、それらがあっても、重力に抗して筒孔又は多孔質表面を移動させることができる液体の性質です。このためには、液体の分子に関連する2つの力のバランスと調整が必要です。これら2つには、表面張力と呼ばれる物理的な反射があります。
液体は、チューブの内壁または液体が通過する材料の細孔を濡らすことができる必要があります。これは、接着力（液体毛細管壁）が分子間凝集力よりも大きい場合に発生します。その結果、液体の分子は、物質（ガラス、紙など）の原子との相互作用よりも強い相互作用を生み出します。
出典：Wikipedia経由のMesserWoland
毛管現象の古典的な例は、2つの非常に異なる液体（水と水銀）のこの特性の比較に示されています。
上の画像では、水が管の壁を上昇していることがわかります。これは、水がより大きな付着力を持っていることを意味しています。一方、水銀では、金属結合の凝集力がガラスを濡らさないようにするため、反対のことが起こります。
このため、水は凹型のメニスカスを形成し、水銀は凸型（ドーム型）のメニスカスを形成します。チューブまたは液体が移動するセクションの半径が小さいほど、移動する高さまたは距離が大きくなることにも注意してください（両方のチューブの水柱の高さを比較してください）。
毛管特性
-液体の表面
キャピラリー内の液体の表面、つまり水は凹面です。つまり、メニスカスは凹型です。この状況は、チューブの壁の近くの水分子に加えられた力の結果がそれに向けられるために発生します。
すべてのメニスカスには接触角（θ）があり、これは、接触点での液体の表面に接する線と毛細管の壁によって形成される角度です。
粘着力と凝集力
毛管壁への液体の付着力が分子間凝集力よりも優勢である場合、角度はθ<90ºです。液体が毛管壁を濡らし、水が毛管を通って上昇し、毛細管現象と呼ばれる現象を観察します。
きれいなガラスの表面に水滴を置くと、水がガラス上に広がるため、θ= 0およびcosθ= 1になります。
分子間凝集力が液体毛細血管壁付着力よりも優勢である場合、たとえば水銀では、メニスカスは凸状になり、角度θの値は> 90>になります。水銀は毛細管壁を濡らさないため、その内壁を流れ落ちます。
水銀滴がきれいなガラスの表面に置かれると、滴はその形状と角度θ= 140°を維持します。
-高さ
水は毛細管を通って上昇し、高さ（h）に達します。水柱の重量によって、分子間凝集力の垂直成分が相殺されます。
水の量が増えると、表面張力が働いていても、重力が上昇を停止する時点になります。
これが起こると、分子は内壁を「登る」ことができなくなり、すべての物理的な力が等しくなります。一方には、水の上昇を促進する力があり、もう一方には、自分の体重が水を押し下げています。
ジュリンの法則
これは数学的に次のように書くことができます：
2πrΥcosθ=ρgπr 2 H
方程式の左側が表面張力に依存する場合、その大きさは凝集力または分子間力にも関連します。Cosθは接触角を表し、rは液体が上昇する穴の半径を表します。
そして方程式の右辺には、高さh、重力g、液体の密度があります。それは水でしょう。
次に、hを解決します。
h =（2ϒcosθ /ρgr）
この定式化はジュリンの法則として知られています。これは、液体の柱の重量が毛管作用による上昇力と釣り合っているときに、毛管内で液体の柱が到達する高さを定義します。
-表面張力
水は、酸素原子の電気陰性度とその分子形状により、双極子分子です。これにより、酸素が配置されている水分子の部分が負に帯電し、2つの水素原子を含む水分子の部分が正に帯電します。
これにより、液体中の分子は複数の水素結合を介して相互作用し、それらを結合します。ただし、水中にある水分子：空気界面（表面）は、液体の副鼻腔の分子による正味の引力を受けますが、空気分子による弱い引力では相殺されません。
したがって、境界面の水分子は、境界面から水分子を取り除く傾向のある引力を受けます。言い換えると、下部の分子で形成された水素結合は、表面にあるものを引きずります。したがって、表面張力は水の表面を減らすことを求めます：空気界面。
hとの関係
ジュリンの法則の方程式を見ると、hはtoに正比例していることがわかります。したがって、液体の表面張力が高いほど、材料の毛細管または細孔によって持ち上げられる高さが大きくなります。
このように、異なる表面張力を持つ2つの液体AとBの場合、表面張力が大きい方の液体がより高い高さに上昇すると予想されます。
この点に関して、高い表面張力が液体の毛管特性を定義する最も重要な特性であると結論付けることができます。
-液体が上昇する毛管または細孔の半径
ジュリンの法則の観察は、液体が毛管または細孔内で到達する高さがその半径に反比例することを示しています。
したがって、半径が小さいほど、液柱が毛管作用によって到達する高さが高くなります。これは、水と水銀を比較した画像で直接見ることができます。
半径0.05 mmの半径のガラス管では、毛細管あたりの水柱は30 cmの高さに達します。半径1 µm、吸引圧力1.5 x 10 3 hPa（1.5 atmに等しい）のキャピラリーチューブでは、水柱の高さ14〜15の計算に相当します。 m。
これは、何度もオンになるストローで起こることとよく似ています。液体を飲み込むと、液体が口まで上昇する圧力差が生じます。
毛管の半径は特定の制限を超えて小さくすることができないため、毛管作用によって到達するカラムの最大高さの値は理論的なものです。
ポワズイユの法則
これは、実際の液体の流れが次の式で与えられることを確立します。
Q =（πR 4 /8ηl）ΔP
Qは液体の流れ、ηはその粘度、lは管の長さ、ΔPは圧力差です。
キャピラリーの半径が小さくなると、キャピラリーが到達する液柱の高さは無制限に増加します。しかし、ポアズイユは、半径が小さくなると、その毛細管を通る流体の流れも小さくなると指摘しています。
また、実際の液体の流れに対する抵抗の尺度である粘度は、液体の流れをさらに減少させます。
-接触角（θ）
ジュリンの法則で示されているように、cosθの値が大きいほど、毛細管あたりの水柱の高さが大きくなります。
θが小さく、ゼロ（0）に近づくと、cosθは= 1になるため、値hは最大になります。逆に、θが90ºの場合、cosθ= 0およびh = 0の値です。
凸面メニスカスの場合のように、θの値が90°より大きい場合、液体は毛管現象によって上昇せず、下降する傾向があります（水銀で発生するように）。
水の毛管現象
水の表面張力値は72.75 N / mで、次の液体の表面張力の値と比べて比較的高いです：
-アセトン：22.75 N / m
-エチルアルコール：22.75 N / m
-ヘキサン：18.43 N / m
-メタノール：22.61 N / m。
したがって、水は非常に表面張力が高く、植物による水や栄養分の吸収に非常に必要な毛細管現象の発達を促進します。
植物で
出典：Pixabay
毛管現象は、植物の木部を通して樹液が上昇するための重要なメカニズムですが、樹液を樹木の葉に到達させるにはそれだけでは不十分です。
蒸散または蒸発は、植物の木部を通過する樹液の上昇における重要なメカニズムです。葉は蒸発により水を失い、水分子の量が減少します。これにより、毛細管（木部）に存在する水分子が引き付けられます。
水分子は互いに独立して作用するのではなく、ファンデルワールス力によって相互作用します。これにより、水分子は植物の毛細管を通って葉に向かって一緒に上昇します。
これらのメカニズムに加えて、植物は浸透によって土壌から水を吸収し、根で生成された陽圧は、植物の毛細血管を介して水の上昇の開始を駆動することに注意する必要があります。
参考文献
- GarcíaFranco A.（2010）。表面的な現象。回収元：sc.ehu.es
- 表面現象：表面張力と毛管現象。。から回復：ugr.es
- ウィキペディア。（2018）。毛細血管。回復元：es.wikipedia.org
- Risvhan T.（nd）植物の毛細血管。回復元：academia.edu
- ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2018年12月22日）。毛管作用：定義と例。から回復：thoughtco.com
- エレンエリスM.（2018）。水の毛管作用：定義と例 調査。回収元：study.com
- ScienceStruckスタッフ。（2017年7月16日）。毛細血管作用の概念と意味を説明する例。回収元：sciencestruck.com