毛細(xì)現(xiàn)象 Capillarity
又稱:毛細(xì)作用(capillarity action)
定義:因表面張力存在而引起的與表面流動(dòng)及液面平衡形狀有關(guān)的表面現(xiàn)象。如液滴或彎曲液面的形成,在毛細(xì)孔中液面上升或下降的現(xiàn)象等。
學(xué)科:化學(xué)_物理化學(xué)_膠體化學(xué)
相關(guān)名詞:表面張力 重力 表面能
【延伸閱讀】
墨水如果沾到衣服上,很快就會(huì)滲透浸入,這種液體主動(dòng)流進(jìn)狹窄空間的現(xiàn)象就是毛細(xì)現(xiàn)象。它有時(shí)能讓液體逆重力方向移動(dòng),比如利用毛細(xì)現(xiàn)象輸送墨水的記號(hào)筆,即使筆尖向上也可以寫(xiě)出字來(lái),而通過(guò)重力輸送墨水的圓珠筆,筆尖向上寫(xiě)字時(shí),墨跡則會(huì)逐漸變淡甚至沒(méi)有墨跡。
液體表面類似繃緊的橡皮膜,將類似吸管的細(xì)玻璃管(毛細(xì)管)立于液體中,玻璃管中的液位便會(huì)上升或下降。如果毛細(xì)管的液面是凹形的,液面就會(huì)對(duì)下面的液體施以拉力,如果液面是凸形的,液面就會(huì)對(duì)下面的液體施以壓力。浸潤(rùn)液體(對(duì)玻璃來(lái)說(shuō),水是浸潤(rùn)液體)在毛細(xì)管中的液面是凹形的,它對(duì)下面的液體施加拉力,使液體沿著管壁上升,當(dāng)向上的拉力跟管內(nèi)液柱所受的重力相等時(shí),液體的上升就停止而達(dá)到平衡。同樣的道理,不浸潤(rùn)液體(對(duì)玻璃來(lái)說(shuō),汞是不浸潤(rùn)液體)在毛細(xì)管內(nèi)下降,達(dá)到平衡時(shí)下降停止。在水中,玻璃管中上升的水位與玻璃管的半徑成反比。換句話說(shuō),當(dāng)玻璃管的半徑減至1/2時(shí),水面高度就會(huì)升高到2倍,而半徑減至1/3時(shí),水面高度就會(huì)升高到3倍。
然而,即使玻璃管水面以上的高度小于相較半徑本應(yīng)上升到的液面高度,水也不會(huì)從玻璃管上方溢出。如果水能夠溢出,那就形成了源源不斷的水流,也就可以產(chǎn)生無(wú)限的能量,形成永動(dòng)機(jī)??上聦?shí)并非如此。毛細(xì)現(xiàn)象是由表面張力引起的。表面張力可以用“能量”來(lái)定義。物質(zhì)表面的分子能量(表面能)比其內(nèi)部的分子能量更高,狀態(tài)更不穩(wěn)定,這種能量差就是表面張力的本質(zhì)所在。所以,物質(zhì)會(huì)趨向減少整體的表面積而使自身變得更加穩(wěn)定(能量更低)。落在荷葉上的水滴會(huì)變成水珠,就是由于水滴為了變得更加穩(wěn)定,總要縮小其表面積的緣故。
相比空氣來(lái)說(shuō),玻璃的表面更喜歡跟水接觸,也就是說(shuō),玻璃與水的界面能量更低。于是,將水滴到玻璃上,水就像牢牢粘在玻璃上一樣薄薄地鋪展開(kāi)來(lái)。為了更加穩(wěn)固,玻璃會(huì)選擇跟水緊密貼合在一起。即使將玻璃豎立起來(lái),也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。
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