Acción Capilar

Modo de Visualización

Estadísticas en Tiempo Real

Altura (h) 0.00 mm

Tensión Superficial (γ) 72.8 mN/m

Ángulo de Contacto (θ) 30 °

Radio del Tubo (r) 0.5 mm

Densidad (ρ) 998 kg/m³

Gravedad (g) 9.81 m/s²

h = 2γcosθ ρgr

h = 2 × 72.8 × cos(30°) / (998 × 9.81 × 0.0005)

Propiedades del Líquido y del Tubo

Líquido Water

Mojado Hydrophilic (θ < 90°)

Menisco Concave

Material del Tubo Glass

Parámetros

Líquido

Material del Tubo

Radio del Tubo (r): 0.5 mm

Radio más pequeño → Mayor ascenso

Ángulo de Contacto (θ): 30°

θ < 90°: Ascenso | θ > 90°: Descenso

Temperatura (T): 20 °C

Afecta la tensión superficial

Gravedad (g): 9.81 m/s²

Luna:1.6 | Tierra:9.8 | Júpiter:24.8

Aplicaciones de la Acción Capilar

🌱

Plantas

Transporte de agua de raíces a hojas a través de vasos del xilema

📄

Papel y Tela

Absorción de tinta en papel, absorción de sudor en telas deportivas

🖨️

Impresión de Inyección de Tinta

Entrega de tinta precisa a través de boquillas microscópicas

🔬

Pruebas Médicas

Muestras de sangre en tubos capilares, pruebas de embarazo

🧽

Esponjas

Estructura porosa absorbe agua por acción capilar

🛢️

Recuperación de Petróleo

Migración de petróleo a través de formaciones rocosas porosas

¿Qué es la Acción Capilar?

La acción capilar es la capacidad de un líquido para fluir en espacios estrechos sin fuerzas externas. Cuando se coloca un tubo fino verticalmente en un líquido, el nivel del líquido dentro del tubo es diferente del nivel exterior. Este fenómeno ocurre debido al equilibrio entre las fuerzas de tensión superficial (tirando del líquido hacia arriba) y las fuerzas gravitacionales (tirando del líquido hacia abajo).

Ley de Jurin (1718)

James Jurin formuló la relación matemática que describe el ascenso capilar: h = 2γcosθ/(ρgr), donde h es la diferencia de altura, γ es la tensión superficial, θ es el ángulo de contacto, ρ es la densidad del líquido, g es la aceleración gravitacional, y r es el radio del tubo. La ley muestra que el ascenso capilar es inversamente proporcional al radio del tubo - tubos más pequeños producen un ascenso más alto.

Rol del Ángulo de Contacto

El ángulo de contacto determina si el líquido sube o baja en el capilar. Cuando θ < 90° (líquidos mojantes como el agua en el vidrio), cosθ es positivo y el líquido sube. Cuando θ > 90° (líquidos no mojantes como el mercurio en el vidrio), cosθ es negativo y el líquido baja por debajo del nivel exterior. En θ = 90°, no hay efecto capilar.

Efecto del Radio del Tubo

La ley de Jurin muestra que la altura capilar es inversamente proporcional al radio del tubo (h ∝ 1/r). Reducir a la mitad el radio del tubo duplica el ascenso capilar. Esto explica por qué la acción capilar es significativa en tubos microscópicos (como los vasos del xilema de las plantas, típicamente 10-100 μm de diámetro) pero despreciable en contenedores grandes. Esta relación se demuestra en el modo de Comparación de Tubos.

Líquidos Mojantes vs No Mojantes

El agua exhibe un fuerte ascenso capilar en tubos de vidrio (θ ≈ 30°, h puede alcanzar varios centímetros en tubos submilimétricos). En contraste, el mercurio muestra depresión capilar en vidrio (θ ≈ 140°) porque el mercurio no moja el vidrio. El ángulo de contacto depende de las fortalezas relativas de las fuerzas cohesivas (dentro del líquido) y las fuerzas adhesivas (entre el líquido y el sólido). Cambiar el material del tubo (por ejemplo, vidrio a teflón) afecta dramáticamente el ángulo de contacto y así el comportamiento capilar.

Efectos de Gravedad

El ascenso capilar es inversamente proporcional a la aceleración gravitacional (h ∝ 1/g). En entornos de baja gravedad como la Luna (g = 1.6 m/s², aproximadamente 1/6 de la Tierra), el ascenso capilar sería 6 veces más alto para el mismo tubo y líquido. Por el contrario, en Júpiter (g ≈ 24.8 m/s²), el ascenso capilar sería solo aproximadamente 40% del valor terrestre. Esto demuestra que la acción capilar sería mucho más significativa en contextos de exploración espacial.

Limitaciones de la Ley de Jurin

La ley de Jurin asume: (1) Tubo perfectamente cilíndrico con radio constante, (2) El ángulo de contacto es constante e independiente del tamaño del tubo, (3) El líquido moja completamente la pared del tubo por encima del menisco, (4) Sin efectos de evaporación o condensación, (5) Equilibrio estático (no considerando efectos dinámicos durante el ascenso). Los sistemas capilares reales pueden desviarse de estos supuestos, especialmente para tubos muy pequeños (escala nanométrica) o alturas muy grandes donde la forma del menisco cambia significativamente.