Capillarità
Ivan
caffe', il liquido risale, imbevendo in parte lo zucchero.
Quale è il motore di questo evento?
Come vedere la cosa dal punto di vista del bilancio energetico?
Poichè la risalita del liquido contro la gravità aumenta l'energia
potenziale del liquido, da dove viene l'energia per compiere questo
lavoro?
Poichè non avvengono traformazioni chimiche, mi pare che l'unica
soluzione per far quadrare il bilancio è ammettere che il liquido si
raffreddi. Ma allora avrei una trasformazione di calore in lavoro che
sembra andare contro il secondo princ. della termodinamica...
Ivan
cometa luminosa
> Quando intingo, tenendola con due dita, una zolletta di zucchero nel
> caffe', il liquido risale, imbevendo in parte lo zucchero.
> Quale è il motore di questo evento?
...la capillarità, appunto!
La capillarità (basta che cerchi con Google) è una forza che nasce da
1. coesione tra liquido e solido
2. tensione superficiale nel liquido
Esempio classico: acqua che risale all'interno di un tubo capillare di
vetro. La coesione tra acqua e vetro fa si che il menisco sia concavo
e quindi la tensione superficiale dell'acqua esercita sulla colonna di
questa una forza risultante verso l'alto. Un'esperienza classica in
fisica consiste appunto nella misura della tensione superficiale dalla
misura dell'altezza della colonnina di liquido rispetto alla
superficie libera del recipiente largo che lo contiene, conoscendo il
diametro interno del capillare. La componente verso l'alto della
tensione superficiale T deve uguagliare il peso della colonnina
(perchè la pressione esterna dell'aria è la stessa sulla superficie
del recipiente e sulla colonnina dato che il capillare è aperto) e da
questa equazione si ricava T.
Nel caso della zolletta di zucchero, al posto del capillare ci sono
tanti piccoli interstizi tra i granelli di zucchero, ma il principio è
lo stesso; però è pressochè impossibile in questo caso stabilire a
priori il diametro medio, l'altezza media e il numero di capillari.
> Come vedere la cosa dal punto di vista del bilancio energetico?
In virtù della tensione superficiale, ogni liquido possiede anche una
energia potenziale di superficie. Inoltre bisogna considerare
l'energia di interazione tra liquido e solido.
> Poichè la risalita del liquido contro la gravità aumenta l'energia
> potenziale del liquido, da dove viene l'energia per compiere questo
> lavoro?
Dall'energia di interazione liquido-solido e dall'energia interna del
liquido.
Immagina un gas che si espande adiabaticamente sollevando un pistone:
la pressione del gas compie lavoro esterno e quindi il gas si
raffredda per il primo principio (l'energia interna diminuisce). Nel
caso della capillarità, il liquido prima bagna la superficie del
solido e quindi aumenta la sua superficie, poi la tensione
superficiale del liquido compie lavoro esterno riducendo la sua
superficie, come se fosse un corpo elastico, dunque la sua energia
interna diminuisce.
> Poichè non avvengono traformazioni chimiche, mi pare che l'unica
> soluzione per far quadrare il bilancio è ammettere che il liquido si
> raffreddi. Ma allora avrei una trasformazione di calore in lavoro che
> sembra andare contro il secondo princ. della termodinamica...
Perchè, lo stesso non avviene nell'espansione di un gas? Mica stiamo
parlando di un ciclo termodinamico; il liquido risale per capillarità,
ma poi per farlo scendere devi compiere lavoro su di esso.
Ciao.