水的毛细现象

水的毛细现象

【摘要】毛细现象在日常生活和科技生产中都有着重要的作用。我们需要了解常见液体水的毛细现象并且要知道其相关的应用和它们的利与弊以便更好地应用于生活中，另外大部分同学在计算毛细管中液面上升高度时，往往因为不能抓住模型的本质而产生错误。我们也需要熟悉其计算方法，从本质上更全面、更深层次的的了解毛细现象。

【关键词】毛细现象;毛细现象的应用；高度计算;毛细现象的利与弊;浸润

毛细现象

毛细现象（又称毛细管作用）是指液体在细管状物体内侧，由于内聚力与附着力的差异、克服地心引力而上升的现象。植物根部吸收的水分能够经由茎内维管束上升，即是毛细现象最常见的例子。当液体和固体(管壁)之间的附着力大于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材质物体能吸收液体皆为此现象所致。

1,水的毛细现象：

毛细管常被用来作为说明毛细现象，当垂直的细玻璃管底部置于液体中(例如水)时，管壁对水的附着力便会使液面四周稍比中央高出一些；直到液体内聚力已经无法克服其重量时，才会停止继续上升。在毛细管中，液柱重量与管径的平方成正比，但是液体与管壁的接触面积只与管径成正比；这使得较窄的毛细管吸水会比较宽的毛细管来得高。例如，一根管径0.5毫米的玻璃细管，理论上能够将水抬升2.8厘米，但实际观察时其高度会略低些。

2，汞的毛细现象：

在某些液体与固体的组合中，与毛细管吸水的状况略为不同，例如细玻璃管与水银(汞)，汞柱本身的原子内聚力大于汞柱与管壁之间的附着力，故汞柱液面中央会稍比四周凸起，这和毛细管吸水的状况恰为相反。

毛细现象应用

化学上的薄板层析利用了毛细现象。

纸巾透过毛细现象，将水充分吸收。

在水文学中，毛细现象常用来解释土壤对水的吸引力；在土壤中，水分会由较潮湿处移动到干燥处，即是毛细现象所致。

毛细现象也是眼泪能够自眼睛不断流出的必要因素。

现今某些材质的运动衣料，会透过毛细现象吸汗。

化学家常利用毛细现象来进行薄板层析(薄板色谱分析)。

纸巾即是透过毛细现象吸收液体，其充满细孔的材质使得液体能够被纸巾吸收。

海绵有非常多的细小孔洞(相当于毛细管)，这使得海绵能够吸收大量的液体。

蜡烛芯将蜡引到火附近。

高度计算

毛细现象在日常生活及生命活动的过程中都有着重要的意义，液体透过多孔性物质、植物的吸收和输运水分以及动物的血液在毛细血管中的流动等过程中，毛细现象都起着重要的作用。在计算毛细管中润湿液体上升高度时，综合拉普拉斯公式和静止液柱内部某两点压强差的联系进行计算.则由表面张力的合力与液柱重量相平衡的关系有

πdσcosθ=1/4πd2hρgh (1)

整理得

h=(4σcosθ)/ρgd (2)

注：σ为液体的表面张力

θ为页面与管壁的接触角

ρ为液体的密度

g为重力加速度

d为细管的管径

当θ>90度，这表示弯液面为凸面；同时h<0 ，表示流体在毛细管下降，即汞在玻璃管的情况。

由上式可知，毛细管中液面上升或下降的高度与管径成反比，即管内径越小，管内外液面相对差值h就越大。因此，为减小误差，测压管内经一般应小于10mm。

对于在海平面上，装了水的玻璃管，

γ= 0.0728 J m-2

θ= 20°

ρ= 1000 kg m-3

g = 9.8 m s-2

液柱高度为：h≈1.4*10-5/r（m）

根据此方程式，理论上在 1 米宽的管中，水可以上升 0. 000 014 米（因此极不容易被察觉）；另外在 1 厘米宽的管中，水可以上升 0.14 厘米；而在半径 0.1 毫米的毛细管中，水可以上升 140 毫米。

毛细现象的利与弊

有些情况下毛细现象是有害的.例如,建筑房屋的时候,在砸实的地基中毛细管又多又细,它们会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿.建房时在地基上面铺油毡,就是为了防止毛细现象造成的潮湿. 水沿毛细管上升的现象,对农业生产的影响很大.土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来.如果要保存地下的水分,就应当锄松地面的土壤,破坏土壤表层的毛细管,以减少水分的蒸发.

毛细现象与浸润

1浸润

放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面。把一块洁净的玻璃片进入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。这种现象才叫做不浸润。对玻璃来说，水银是不浸润液体。放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层。把一块洁净的玻璃片进入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水。这种现象叫做浸润。对玻璃来说，水是浸润液体.

2 对于毛细现象:

浸润液体在毛细管中上升（如水-玻璃），液面成凹月面型，液体附着在器壁;

不浸润液体在毛细管中下降（如水银-玻璃），液面成凸月面型，液体不附着在器壁，表面张力使其凸出。

浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象,叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫毛细管.

【参考文献】

邓爱华，张宇华。2007.水力学与桥涵水文（高职高专道路桥梁专业系列规划教材）。科学出版社

《全日制普通中学教科书（必修加选修）》物理第二册第十二章第四节

雷志栋、杨诗秀、谢森传，《土壤水动力学》，北京：清华大学出版社，1998.

张瑜芳，《土壤水动力学》，武汉水利电大大学研究生教材，1987

张蔚榛，《地下水与土壤水动力学》，北京，中国水利水电出版社，1996