毛细血管现象

王朝百科·作者佚名  2010-06-22
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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。

水的毛细现象

由于内聚力与附着力的差异,水在毛细管中,中央较四周凹下;汞在毛细管中,中央较四中凸起。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。

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。

公式

液柱上升高度是:

此处:

γ = 表面张力

θ = 接触角

ρ = 液体密度

g = 重力加速度

r = 细管半径

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。

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:

.

根据此方程式,理论上在1m宽的管中,水可以上升0.014 mm(因此极不容易被察觉);另外在1 cm宽的管中,水可以上升1.4 mm;而在半径0.1 mm 的毛细管中,水可以上升14 cm。

推导

方法一:考虑表面张力的力

2πrγcosθ = ρghπr2

方法二:考虑流体内非常接近弯液面的点A和非常接近毛细管外表面的点B的压力,按伯努利定律有:

P0 ? 2γ / R + ρgh = P0

其中R为弯液面的半径,Rcosθ = r;P0为大气压力。

蜡烛燃烧时应用了毛细作用!

纸巾透过毛细现象,将水充分吸收!

化学上的“薄板层吸”,利用了毛细现象!

 
 
 
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