EFEITOS DA CAPILARIDADE DA ÁGUA EM TUBOS DE PEQUENO DIÂMETRO

Laboratório de Fundamentos de Fenômenos de Transporte
UFTM



Introdução:

O efeito capilar ocorre quando há uma ascensão (subida) ou depressão (descida) de um fluído líquido nas paredes de tubos de pequenos diâmetros em contato com líquido. Tais tubos são chamados de capilares.
Microscopicamente, o efeito capilar é explicado devido as forças de coesão e adesão do fluído. Nas forças de coesão, ocorrem a interação entre as próprias moléculas do fluído, já na de adesão, a interação é entre as moléculas fluído-tubo.

A força do efeito capilar é quantificada pelo ângulo de contato 𝛼, definido como o ângulo que a tangente à superfície do líquido (menisco) faz com a superfície sólida no ponto de contato. A força da tensão superficial atua ao longo da reta tangente no sentido da superfície sólida. Diz-se que o líquido molha a superfície quando 𝛼 < 90° e não molha a superfície quando
𝛼 > 90°.

As moléculas de água são atraídas com mais força pelas moléculas de vidro do que pelas outras moléculas de água e assim a água tende a subir pela superfície de vidro. O oposto ocorre com o mercúrio, que impede a ascensão da superfície do líquido próxima da parede de vidro.

O valor da ascensão capilar num tubo circular é determinado pelo equilíbrio das forças da coluna líquida de altura h no tubo.
A parte inferior da coluna líquida está no mesmo nível que a superfície livre do reservatório e assim, a pressão nesse local deve ser a pressão atmosférica, o que equilibra a pressão atmosférica que atua sobre a superfície superior.
O peso da coluna líquida é aproximadamente:
𝑊 = 𝐹 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 → 𝜌𝑔 𝜋𝑅 2 ℎ = 2𝜋. 𝑅. 𝜎 𝑆 . cos 𝛼 → h =

2𝜏 𝑆
. cosα
𝜌.𝑔.𝑅

→ 𝐡=

𝟒𝛕 𝐒
.
𝛄.𝐃

𝐜𝐨𝐬𝛂 (1)

O valor de h fornece a ascensão capilar. O valor negativo da ascensão capilar corresponde a uma depressão capilar.
A elevação ou depressão capilar (h) é diretamente proporcional ao coeficiente de tensão superficial (𝜏