毛细现象
此條目没有列出任何参考或来源。 (2024年6月5日) |
毛細現象(又稱毛細管作用)是指液體在細管狀物體或多孔物體內部,由「液體與物體間附著力」和「因液體分子間內聚力而產生的表面張力」組合而成,令液體在不需施加外力的情況下,流向細管狀物體或細縫的現象;該現象可以令液體克服地心引力而上升。此屬於一種液體界面現象。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Candleburning.jpg/220px-Candleburning.jpg)
常見的是液體和固體之間的附著力大於液體本身內聚力的情況,如:布料、維管束組織、毛筆、多孔物體吸水、蠟油沿著棉線上升。而毛細管本身則是內徑等於或小於1毫米的細管,主要用於醫事檢驗及建築材料上,一般非專業人員反而較少見。(註:植物根部吸收的水分能夠經由莖內維管束上升,除了利用毛細現象外,最主要的原因是蒸散作用)。
水的毛細現象
编辑毛細管常被用來說明毛細現象,當垂直的細玻璃管底部置於液體中(例如水)時,管壁對水的附著力便會使液面四周稍比中央高出一些;直到液體表面張力已經無法克服其重量時,才會停止繼續上升。在毛細管中,液柱重量與管徑的平方成正比,但是液體與管壁的接觸面積只與管徑成正比;這使得較窄的毛細管吸水會比較寬的毛細管來得高。例如,一根管徑0.5毫米的玻璃細管,理論上能夠將水抬升2.8厘米,但實際觀察時其高度會略低些。
汞的毛細現象
编辑在某些液體與固體的組合中,與毛細管吸水的狀況略為不同,例如細玻璃管與水銀(汞),汞柱本身的原子內聚力大於汞柱與管壁之間的附著力,故汞柱液面中央會稍比四周凸起,這和毛細管吸水的狀況恰為相反。
毛細現象應用
编辑公式
编辑液柱上升高度是:
此處:
當θ>90度,這表示彎液面為凸面;同時h<0,表示流體在毛細管下降,即汞在玻璃管的情況。
對於在海平面上,裝了水的玻璃管,
- γ = 0.0728 J m-2
- θ = 20°
- ρ = 1000 kg m-3
- g = 9.8 m s-2
液柱高度為:
- .
根據此方程式,理論上在半徑1米的管中,水可以上升0. 000 014米(因此極不容易被察覺);另外在半徑1厘米的管中,水可以上升0.14厘米;而在半徑0.1毫米的毛細管中,水可以上升140毫米。
推導
编辑- 方法一:考慮表面張力的力
- .
其中
- 方法二:考慮流體內非常接近彎液面的點A和非常接近毛細管外表面的點B的壓力,按伯努利定律有:
其中,R為彎液面的半徑, ; 則為大氣壓力。
两块玻璃板之间的毛细管上升
编辑层厚度(d)与高程高度(h)的乘积是常数(d·h =常数),这两个量成反比。 平面之间的液体表面是双曲线。
- 两块玻璃板之间的水