現象
液體表面類似張緊的橡皮膜,如果液面是彎曲的,它就有變平的趨勢.因此凹液面對下面的液體施以拉力,凸液面對下面的液體施以壓力。浸潤液體在毛細管中的液面是凹形的,它對下面的液體施加拉力,使液體沿着管壁上升,當向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等時,管内的液體停止上升,達到平衡.同樣的分析也可以解釋不浸潤液體在毛細管内下降的現象。
在自然界和日常生活中有許多毛細現象的例子。植物莖内的導管就是植物體内的極細的毛細管,它能把土壤裡的水分吸上來。磚塊吸水、毛巾吸汗、粉筆吸墨水都是常見的毛細現象。在這些物體中有許多細小的孔道,起着毛細管的作用。
有些情況下毛細現象是有害的。例如,建築房屋的時候,在砸實的地基中毛細管又多又細,它們會把土壤中的水分引上來,使得室内潮濕。建房時在地基上面鋪油氈,就是為了防止毛細現象造成的。
水沿毛細管上升的現象,對農業生産的影響很大。土壤裡有很多毛細管,地下的水分經常沿着這些毛細管上升到地面上來。如果要保存地下的水分,就應當鋤松地面的土壤,破壞土壤表層的毛細管,以減少水分的蒸發。
浸潤液體
在潔淨的玻璃上放一滴水,它會附着在玻璃闆上形成薄層.把一塊潔淨的玻璃片浸入水中再取出來,玻璃的表面會沾上一層水.這種液體附着在固體表面上的現象叫做浸潤.對玻璃來說,水是浸潤液體。
同一種液體,對一種固體來說是浸潤的,對另一種固體來說可能是不浸潤的。水能浸潤玻璃,但不能浸潤石蠟。水銀不能浸潤玻璃,但能浸潤鋅。
把浸潤液體裝在容器裡,例如把水裝在玻璃燒杯裡,由于水浸潤玻璃,器壁附近的液面向上彎曲,把不浸潤液體裝在容器裡,例如把水銀裝在玻璃管裡,由于水銀本身的表面張力大于水銀與管壁之間的附着力,器壁附近的液面向下彎曲。在内徑較小的容器裡,這種現象更顯着,液面形成凹形或凸形的彎月面。
毛細現象把幾根内徑不同的細玻璃管插入水中,可以看到,管内的水面比容器裡的水面高,管子的内徑越小,裡面的水面越高。把這些細玻璃管插入水銀中,發生的現象正好相反,管子裡的水銀面比容器裡的水銀面低,管子的内徑越小,裡面的水銀面越低。
浸潤液體在細管裡升高的現象和不浸潤液體在細管裡降低的現象,叫做毛細現象。能夠産生明顯毛細現象的管叫做毛細管。
影響因素
毛細現象的産生涉及多種因素,包括固體、液體、氣體、結構等。
公式
液柱上升高度是:h=2γcosθ/(ρgr)
此處,
γ=表面張力;θ=接觸角;ρ=液體密度;g=重力加速度;r=細管半徑。
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。
對于在海平面上,裝了水的玻璃管,
γ=0。0728Jmθ=20°ρ=1000kgmg=9。8ms液柱高度為:
根據此方程式,理論上在1m寬的管中,水可以上升0。014mm(因此極不容易被察覺);另外在1cm寬的管中,水可以上升1。4mm;而在半徑0。1mm的毛細管中,水可以上升14cm。
生物現象
毛細現象毛細現象與植物飲水
毛細現象在生物學中有廣泛的應用,如動植物的毛細血管,鋤松土壤以破壞土壤的毛細管,減少表面水分的蒸發等。本文就部分毛細現象實驗與植物體的毛細現象實驗進行對比,以此了解物理學與生物學綜合的意義。
根和莖的毛細現象
1、根和莖的毛細現象根是維管植物由胚根發育而來的體軸的地下部分。由主根及其許多側根構成根系。主要的功能是為了固着植物體和支持地上部,并從土壤中吸收水和溶于水中的無機養料,亦有運輸、貯存和合成某些有機物質的功能,并能向外分泌代謝廢物。根尖表皮細胞向外突出的毛狀物稱為根毛,是根吸收水分和無機鹽的主要部分。
由于根的上述功能,在進行植物吸收水分的教學時,一般用有根的鳳仙花進行吸收水分實驗;将鳳仙花插入有紅墨水的水杯中,水面上滴入植物油,杯口用脫脂棉堵塞,以減少蒸發。靜置十多小時後,首先觀察液面的下降。為了說明植物吸收水分導緻液面下降,可以進行對照實驗,幾隻杯子的水同樣多,水面滴入同樣多的植物油,并都用脫脂棉塞住瓶口,經過同樣長的時間後,插有鳳仙花的瓶子水面下降更明顯。還可觀察鳳仙花的葉子和莖,剪斷或揭去表皮,可以看到紅色墨水已沿莖的表皮上升。後者隻需幾個小時。
事實上,直接用莖來做實驗,同樣可以看到紅色墨水上升的現象。莖是維管植物由胚芽發育而來的體軸部分。其主要功能出是輸導及支持。如果我們用蠶豆、油菜、蔥、柳枝、松樹及菊花的莖等,插入到紅色水中,幾個小時後,就可以在莖的表皮下觀察到水的上升現象,在花瓣和葉脈上也可見紅色。
實驗
不同液體的毛細現象
用三種液體進行比較:肥皂液、風油精、水。
拉伸的同一根尖嘴玻璃管,分别插入到三種液體中,上升的高度各不相同。風油精上升的高度最小,肥皂液其次。風油精實驗,直接将玻璃管的尖端插入風油精的瓶中即可。
同種液體,在溫度不同時,毛細現象也不同。
毛細現象上升的高度差異不是十分明顯,要先用及時貼或記号筆作出标記,再用尺量。



















