Kapillareffekt
Physik
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Basiswissen
Als Kapillareffekt bezeichnet man das Sinken und Steigen von Flüssigkeiten von Flüssigkeiten im Inneren von engen Hohlräumen gegenüber dem Niveau der Flüssigkeit außerhalb dieser Hohlräume. [1] So ist das Aufsteigen von Wasser in Pflanzengefäßen oder in Baustoffen und Böden auf diesen Effekt zurück zu führen. [3] Auch das Aufsteigen von flüssigem Wachs ist eine Folge des Kapillareffekts.
Versuche
Zum Kapillareffekt gibt es ein große Anzahl leicht durchzuführender Versuche. Zwei davon sind hier kurz vorgestellt.
Salzsäulen-Farb-Versuch
Diesen Versuch schlug Michael Faraday in seinen berühmten Weihnachtsvorlesungen 1860/61 vor: man fertigt eine möglichst gut gesättigte Lösung von Salz (NaCl) in Wasser an.
ZITAT:
Michael Faraday, 1860/61: "Ich habe hier eine recht poröse Substanz – eine Salzsäule – und gieße nun nicht, wie es scheint, Wasser, sondern eine gesättigte Salzlösung in den Teller unten, die nichts mehr aufnehmen kann. Die beobachtete Bewegung beruht also nicht auf dem Auflösen von Flüssigkeit. Wir können uns den Teller als Kerze, das Salz als Docht und die Lösung als geschmolzenes Talg vorstellen. (Ich habe die Flüssigkeit eingefärbt, damit ihr die Bewegung besser sehen könnt.) Ihr seht nun, wie die Flüssigkeit steigt und allmählich im Salz immer höher kriecht. Solange die Salzsäule nicht umkippt, erreicht die Flüssigkeit die Spitze." [3]
Michael Faraday, 1860/61: "Ich habe hier eine recht poröse Substanz – eine Salzsäule – und gieße nun nicht, wie es scheint, Wasser, sondern eine gesättigte Salzlösung in den Teller unten, die nichts mehr aufnehmen kann. Die beobachtete Bewegung beruht also nicht auf dem Auflösen von Flüssigkeit. Wir können uns den Teller als Kerze, das Salz als Docht und die Lösung als geschmolzenes Talg vorstellen. (Ich habe die Flüssigkeit eingefärbt, damit ihr die Bewegung besser sehen könnt.) Ihr seht nun, wie die Flüssigkeit steigt und allmählich im Salz immer höher kriecht. Solange die Salzsäule nicht umkippt, erreicht die Flüssigkeit die Spitze." [3]
Wir [4] lösten rund 50 Gramm NaCL in etwa 200 Milliliter Leitungswasser auf. Das gab eine ganz durchsichtige Lösung. Dann färbten wir diese erst mit Lebensmittelfarbe (zu schwach) und dann noch einmal mit roter Tinte ein. Anschließend füllten wir einen durchsichtigen langen Messzylinder mit trockenem Salz auf und stellten den Zylinder umgestülpt mit der offenen Seite nach unten in einen Teller. Zuvor hatten wir den Tellerboden mit Salz ausgekleidet. Es ist wichtig, dass Wasser gleich unter dem Rand des Zylinders von außen nach innen in die Salzsäule eindringen kann. Dann kippten wir das gefärbte Salzwasser in den Teller.
Ein erster Pilotversuch zeigte, dass der Kapillareffekt wirklich auch auftritt. Recht schnell stieg die Lake aus Salz gut 4 bis 5 Zentimeter in lockerem Kochsalz nach oben auf.
Doch selbst eine Stunde nach Beginn des Versuches hatte die Farbe eine Höhe von nur etwa 5 Zentimetern erreicht. Faraday hatte vorhergesagt, dass die Flüssigkeite (bei ausreichend langer Versuchsdauer) bis zur Spitze der Salzsäule aufsteigen würde.
TO-DO:
Den Versuch zum Kapillareffekt in einer Salzsäule noch einmal mit deutlich dunklerer Lake durchführen (bessere Sichtbarkeit) und Faradays Aussage prüfen, ob bei ausreichend langer Versuchsdauer die dunkle Lake auch Aufstiegshöhen von deutlich über 5 cm erreicht.
Den Versuch zum Kapillareffekt in einer Salzsäule noch einmal mit deutlich dunklerer Lake durchführen (bessere Sichtbarkeit) und Faradays Aussage prüfen, ob bei ausreichend langer Versuchsdauer die dunkle Lake auch Aufstiegshöhen von deutlich über 5 cm erreicht.
Faraday führte den Anstieg der gefärbten Salzlake das auf den Kapillareffekt zurück. Er wollte damit ein Beispiel geben, wie auch flüssiger Wachs in dem Docht einer Kerze durch den Kapillareffekt nach oben aufsteigen kann. Und wenn der Wachs beim Aufstieg durch den Docht nahe genug an die Flamme herangekommen ist, wird er durch die hohe Temperatur verdunstet. Und es ist dieser verdampte Wachs, der in der Kerze brennt. Siehe dazu auch den Artikel zur 👉 Kerzenflamme
Küchentuch-Entleerungs-Effekt
Man füllt eine Schale mit Wasser und hängt dann ein Küchentuch so über den Schalenrand, dass die eine Seite des Tuchs in die Schale reicht und die andere Seite außen an der Außenwand der Schale herabhängt. Das Wasser wird vom Inneren der Schale das Tuch aufwärts steigen und dann auf der anderen Seite herunter fließen. Ein Teil des aufgesogenen Wassers wird auch über das feuchte Tuch verdunsten. Wie schnell kann man daviel wie viele Liter aus einem Gefäß entleeren?
Fußnoten
- [1] "Kapillare, ein Rohr haarfeiner Bohrung […] Von physikalischem Interesse sind Kapillaren, die in eine Flüssigkeit eingebracht werden, wegen der Kapillarität genannten Erscheinung, die ein Steigen bzw. Sinken des Flüssigkeitsspiegels in ihnen gegenüber dem äußeren Niveau zur Folge hat." In: der Artikel "Kapillare". Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 15. Mai 2026. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/kapillare/7783
- [2] Liegt der Porendurchmesser von Kapillaren zwischen 0,1 µm und 0,5 mm kann ein Wassertransport stattfinden. Sinngemäß in: Helmar Schubert: Kapillarität in porösen Feststoffsystemen. Springer-Verlag, Berlin 1982, ISBN 3-540-11835-7. Siehe auch 👉 Kapillareffekt
- [3] Im englischen Original heißt es zum Salzsäulen-Kapillar-Versuch von Faraday: "I have here a substance which is rather porous—a column of salt—and I will pour into the plate at the bottom, not water, as it appears, but a saturated solution of salt which cannot absorb more; so that the action which you see will not be due to its dissolving anything. We may consider the plate to be the candle, and the salt the wick, and this solution the melted tallow. (I have coloured the fluid, that you may see the action better.) You observe that, now I pour in the fluid, it rises and gradually creeps up the salt higher and higher; and provided the column does not tumble over, it will go to the top." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [4] Der Versuch von Faraday wurde am 22. Mai 2026 nachgestellt von Munib Amr und Gunter Heim.