毛细现象及其相关计算

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毛细现象及其相关计算
在自然界和日常生活中毛细现象几乎处处可见对我们的生活起着重要的意义,如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都与毛细现象有关。我们经常看到这样的现象:一块干毛巾的一角被打湿我们会发现水会沿着干毛巾向上“爬”而将某些未接触水的那部分毛巾也润湿。研究毛细现象就得先了解润湿和不润湿。
一、润湿和不润湿
消费与民生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.因此,对玻璃来说,水是浸润液体. 在洁净的玻璃板上放一滴水银,发现它总是近似呈球形,且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.这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润.因此,对玻璃来说,水银是不浸润液体.但如果将水滴在石蜡上则会发现水不润湿石蜡,将水银滴在干净的锌板或铜板上,则水银在板面上展开,所以水银润湿锌或铜。由此我们可以得知,同一种液体能润湿某些固体但对另一些固体则不能润湿。
润湿和不润湿现象的产生,主要是由于液体分子间的引力与固体分子与液体分子间的相互引力间的强弱对比不同所引起的。在液体与固体接触处,有一层沿固体壁的液体称为附着层,它的厚度等于液体分子
间引力的有效作用距离或液体分子与固体分子之间引力的有效作用距离(通常以较大者为准)。
在附着层里,液体分子受固体壁分子引力的合力称为附着力,受其余液体分子引力的合力称为内聚力。当内聚力大于附着力时,附着层内较多的液体分子被吸引到液体内部,这与液体自由表面相类似,附着层有收缩倾向,所以会呈现不润湿现象。这也就解释了为什么小水银滴可以在干净的玻璃板上滚动,小水珠可以在荷叶上滚动。同理,当附着力大于内聚力时,分子在附着层中的势能比在液体内部时要低,更多的分子进入附着层,使附着层有伸张倾向即液体沿固体面扩展,呈润湿现象。
二、毛细现象
由于液体对固体的润湿或不润湿,在液体表面与固体的接触处形成一定的接触角,所以盛在各种容器里的液体的表面都不是真正的平面。在广阔容器中,绝大部分的液面是平面,仅仅在容器壁附件不太大的范围内是弯曲的,所以对整个液面而言附加压强趋于零。把浸润液体装在容器里,例如把水装在玻璃烧杯里,由于水浸润玻璃,器壁附近的液面向上弯曲;把不浸润液体装在容器里,例如把水银装在玻璃管里,由于水银不浸润玻璃,器壁附近的液面向下弯曲。在内径较小的容器里如毛细管中,这种现象更显著,液面形成凹形或凸形的弯月面,由表面张力造成的附加压强显著,使得管中的液面升高或降低。即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。我们把能够产生毛细现象的管叫做毛细管。把几根内径不同的细玻璃管插入水中,可以看到,管内的水面
比容器里的水面高,管子的内径越小,里面的水面越高。把这些细玻璃管插入水银中,发生的现象正好相反,管子里的水银面比容器里的水银面低,管子的内径越小,里面的水银面越低。
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生活中毛细现象的应用随处可见,研究液体在毛细管中上升或下降的高度h与哪些因素有关的重要性就体现了出来。要研究毛细现象首先就得考虑液体润湿管壁的情况。我们知道,液体表面类似张紧的橡皮膜,如果液面是弯曲的,它就有变平的趋势。因此凹液面对下面的液体施以向上的拉力,而凸液面对下面的液体施以向下的压力。
化学效应1.毛细管公式的推导
(方法一):假设一毛细玻璃管径内为2r,插入水中,由于水润湿玻璃管所以接触角是锐角,管内的液面将成凹面,根据流体静力学原理,当流体静止时,相同高度两点的压强应相等,因此液体不能平衡
而要在管内上升,一直到B点的压强P A与C点的压强P C相等为止,毛细管内水柱停止上升时水柱高h,如上图。我们可以从上图中知道D点的压强P D等于大气压强P0,即P D=P0,弯曲液面下的附加压强:
P A-P D=诗剧
P B=P C
维思通P C=P0
P B=P A+gh

本文发布于:2024-09-21 19:33:41,感谢您对本站的认可!

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