毛细现象原理及应用.doc

万物运行的奥秘期末论文 任课教师： 张寒洁 作者： 金涛 学号： 3130103882 班级： 工学1331 联系方式: 毛细现象原理及应用概述 【摘要】 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。毛细管插入水中，管内液面上升，高于管外；毛细管插入水银中，管内液体下降，低于管外的常见现象，常被用作直观地描述毛细现象。其实，毛细现象在我们的生活中还有很多其他的应用，本文将对此做出简要的描述和解释。 【关键词】 毛细现象 浸润与不浸润 液体表面张力 能量转化 生活应用 1.问题引入 当昏黄的煤油灯燃烧时，我们看到摇曳的灯光，你可曾想过，灯座里的灯油是如和自动流入灯芯的呢？当运动后汗流浃背，我们用纸巾擦拭额头的汗水时，你可曾想过汗水是如何牢牢锁在纸巾里而不露出呢？当我们漫步在丛林，仰望参天的大树时，你可曾想过，树冠所需要的宝贵水分是如何运送到树顶的呢？其实这些现象的都是毛细作用的结果。灯芯里的棉丝交织在一起，纸巾里的纤维相互交错，树干里的木质纤维致密发达，这些材料或生理结构形成了毛细管，在毛细作用下水和油等液体得以克服地球的引力，顺着材料逐渐上升。 2.理论解释 2.1概念介绍 2.1.1浸润与不浸润 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。 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。这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润。对玻璃来说，水银是不浸润液体。 浸润与不浸润是相对的。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。 浸润和不浸润现象，是分子力作用的表现。当液体与固体接触时，在接触处形成一个液体薄层，叫做附着层。附着层里的分子受到固体分子的吸引，如果受到固体分子的吸引比较弱，附着层里的分子就比液体内部稀疏，在附着层里就出现了一种收缩力，这里跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润现象。相反，如果受到的固体分子的吸引相当强，附着层里的分子就比液体内部更密，在附着层里就出现液体相互推斥的力，这时，跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，形成浸润现象。 2.1.2液体表面张力 由于分子间存在引力作用和斥力作用，两种力的作用范围不同，距离较近的分子斥力作用占优势，距离较远的分子引力作用占优势。液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，因此，分子间的相互作用表现为引力。这种引力使得液体表面层有缩小的趋势，所以我们把作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。 生活中我们看到树叶落入水中而没有完全浸入，细针漂浮在水面而不下沉，靠的就是这种液体表面张力。 2.1.3表面能 表面能的一种定义是，材料表面相对于材料内部所多出的能量。把一个固体材料分解成小块需要破坏它内部的化学键，所以需要消耗能量。如果这个分解的过程是可逆的，那么把材料分解成小块所需要的能量就小块材料表面所增加的能量相等，即表面能增加。通俗来说，同一材料，表面积越大，表面能越大。 2.2详细解释 为了更加直观的解释毛细现象的具体原因，我们以物理教学中常见的毛细管实验为例。 由于水对玻璃是浸润液体，所以在细玻璃管内水和管壁接触时会吸附在其表面。此外，由于水的表面张力的存在，边缘的水面会给中间部分的水面一个沿水面切向的拉力，这个拉力会克服液体所受的重力，使液面逐渐上升，直到这个拉力与水柱的重力平衡，此时水柱不再上升保持稳定。因此，水在毛细管内是高出液面以上，且液面呈下凹形。 由于水银对玻璃是不浸润液体，所以水银和管壁接触时，不会和管壁吸附。此时水银表面张力会阻碍水银表面“破裂”，所以，毛细管无法进入水银内部，因此毛细管插入水银中，内部液面在外部液面以下，且液面成上凸形。 生活中浸润现象比较常见，而不浸润现象比较少见，所以，毛细现象以浸润为主。 毛细作用中的液面张力和接触长度成正比，而克服的重力和体积成正比。所以，毛细管的粗细决定了毛细现象的明显程度。这就是毛细管越细，液面高度越高的原因。 3.误区引导：毛细现象中的能量转化 从表面上看，毛细现象中的液体是“自动”爬升至一定高度的，所以很久以前人们曾尝试利用毛细现象制作永动机，显然这是违背能量守恒定律的。那