生活中的毛细现象

生活中常见的毛细现象

摘要：毛细作用，是液体表面对固体表面的吸引力。毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外的现象。毛巾吸水，地下水沿土壤上升都是毛细现象。在洁净的玻璃板上放一滴水银，它能够滚来滚去而不附着在玻璃板上。把一块洁净的玻璃板浸入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。生活中有很多这种毛细现象。

关键词：毛细；生活；应用

一、毛细现象及其相关概念

1.1 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。当液体和固体或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。

1.2 浸润液体

在洁净的玻璃上放一滴水，它会附着在玻璃板上形成薄层。把一块洁净的玻璃片浸入水中再取出来，玻璃的表面会沾上一层水.这种液体附着在固体表面上的现象叫做浸润。对玻璃来说，水是浸润液体。同一种液体，对一种固体来说是浸润的，对另一种固体来说可能是不浸润的。水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡.水银不能浸润玻璃，但能浸润锌。

1.3 毛细现象产生原因

产生毛细现象原因之一是由于附着层中分子的附着力与内聚力的作用，造成浸润或不浸润，因而使毛细管中的液面呈现弯月形。原因之二是由于存在表面张力，从而使弯曲液面产生附加压强。由于弯月面的形成，使得沿液面切面方向作用的表面张力的合力，在凸弯月面处指向液体内部；在凹弯月面处指向液体外部。由于合力的作用使弯月面下液体的压强发生了变化——对液体产生一个附加压强，凸弯月面下液体的压强大于水平液面下液体的压强，而凹弯月面下液体的压强小于水平液面下液体的压强。根据在盛着同一液体的连通器中，同一高度处各点的压强都相等的道理，当毛细管里的液面是凹弯月面时，液体不断地上升，直到上升液柱的静压强抵消了附加压强为止；同样，当液面呈凸月面时，毛细管里的液体也将下降。

1.4 水和汞的毛细现象

由于表面张力与附着力的差异，水在毛细管中，中央较四周凹下；汞在毛细管中，中央较四周凸起。毛细管常被用来说明毛细现象，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；直到液体表面张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。

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。

图1 水和汞的毛细现象

二、生活中常见的毛细现象概述

2.1 墙脚潮湿

许多同学可能会遇到这样的问题，装修好不久的房子，内墙脚老是湿漉漉的。但是凿开了墙脚，看见并没有水管之类的设施漏水，可墙内也是湿漉漉的，但却不知道这些水从哪里来？

原来，这是地下水因为毛细现象沿着毛细管（由墙体内的空隙组成）上升的结果。这种现象，在老旧的砖混结构墙或现在那些质量差的疏松混凝土（通常是水泥质量差或不够分量）墙中很常见。所以，除了建筑时要做好墙体底部的防水层（例如铺油毡）和外墙防水层之外，在装修时还要用专门的防水剂做好内墙防水层，以彻底切断这些毛细管。其中，外墙防水层防止雨水等从室外渗入室内，内墙防水层防止墙内水分渗出损害墙面和防止室内水分进入墙体而损害墙体。这对厨房、厕所兼浴室等潮湿的房间尤为重要。最容易忽略的是，某些建筑商没有

按规定在墙体的底部和地基之间做防水层，致使地下水沿墙体内的毛细管上升而损坏墙体，造成内墙脚潮湿发霉，表面酥松变软、起泡、现孔、脱皮掉落、产生粉末，有时还会长一些绿色的霉菌（俗称“墙壁长毛”）等现象。如果内墙面是墙砖，就有湿漉漉的水渍、水滴或霉点等。如果贴了墙纸，墙纸会变色或产生霉斑等。此外，如果房屋不是在底层，还应在厨房、厕所等潮湿的房间底部做好防水层，防止水向下渗漏，避免下一楼层遭受“水灾”。有淋浴的浴室，防水层的高度应大于两米，避免淋浴时喷洒的水进入墙体，再向四处渗漏成灾。

图2 墙角潮湿发霉

2.2 高树存活

我们总会看见，在植物园中，甚至是马路上，都有很多高大的树木屹然挺立。这么高的树，水分是如何输送到顶端而使它存活的呢？其实水被送到树顶的动力之一就是毛细现象。通过树干内的“水管”即毛细管。另外还有3种力量：根压、蒸腾拉力和内聚力。蒸腾拉力是树叶受光照、风吹等原因，使大量水分从叶子表面蒸发出去而产生的力。叶子的表皮细胞因光照等原因失水后，就向内部的叶肉

细胞吸水来弥补损失；叶肉细胞也“如法炮制”，向叶脉吸水；叶脉又向叶柄吸水；叶柄再向枝干吸水……依此推下去，蒸腾拉力就把树干内导管中的水（由毛细现象、根压和内聚力送上来）吸到树顶的叶子中来了。而这一系列的“吸”，都离不开毛细现象。

2.3 含羞泉

四川广源县龙门山陈家乡山上的“含羞泉”的地层里有许多缝隙构成的毛细管。所以，每当人们把石头扔入泉中产生声音的震动时，泉水就像害羞的大姑娘那样“含羞”消失了。泉水震动的压力，阻遏地下水沿毛细管上升。但过了一会儿泉水又会重新流出来。震动停止后压力消失，地下水沿毛细管上升。

图3 含羞泉

2.4 其他现象

如果我们早晨上学走得匆忙，就把毛巾胡乱扔进脸盆中（但毛巾的一端垂吊在脸盆外），晚上归来的时候，就会看到满地的水。这是毛细现象惹的祸。饼干、

吸水纸或砖块等吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水，也是因为毛细现象。吸水性优良的餐巾纸广泛取代了传统的手帕，成为用餐时及其他场合擦干手上的水等的常用物品。它和“尿不湿”一样能大量吸水的“奥秘”在于，疏松的纸质形成许多空隙，因而毛细现象显著。这也是它们和不吸水的普通光滑纸区别。过去的桐油灯、煤油灯，以及实验室的酒精灯中的液体燃料，之所以能自动升高到灯芯的顶端，靠的也是毛细现象。利用吸水纸（例如卫生纸）等的吸水性质，可以轻易吸掉不小心滴落在书上的墨汁；同样的方法可吸去衣物上的蜡渍（要同时在衣物无蜡的那一面用电吹风加热）、油渍等。

图4 饼干被牛奶浸湿

三、毛细现象的应用

毛细管电泳，是近年来发展最快的分析方法之一，在其他领域也有应用。基于毛细管原理，人们还发明了一种能快速检验瓦形磁体细裂纹的方法。电冰箱或冷柜内制冷剂经过的毛细管内径大小，影响到制冷剂的流量，进而影响制冷效果（通常制冷星级越高，毛细管的内径就小，长度就长）。在工程技术和日常生活