毛細現象

液體表面類似張緊的橡皮膜，如果液面是彎曲的，它就有變平的趨勢。因此凹液面對下面的液體施以拉力，凸液面對下面的液體施以壓力。浸潤液體在毛細管中的液面是凹形的，它對下面的液體施加拉力，使液體沿著管壁上升，當向上的拉力跟管內液柱所受的重力相等時，管內的液體停止上升，達到平衡。同樣的分析也可以解釋不浸潤液體在毛細管內下降的現象。

在自然界和日常生活中有許多毛細現象的例子。植物莖內的導管就是植物體內的極細的毛細管，它能把土壤里的水分吸上來。磚塊吸水、毛巾吸汗、粉筆吸墨水都是常見的毛細現象。在這些物體中有許多細小的孔道，起著毛細管的作用。

有些情況下毛細現象是有害的。例如，建築房屋的時候，在砸實的地基中毛細管又多又細，它們會把土壤中的水分引上來，使得室內潮濕。建房時在地基上面鋪油氈，就是為了防止毛細現象造成的。

水沿毛細管上升的現象，對農業生產的影響很大。土壤里有很多毛細管，地下的水分經常沿著這些毛細管上升到地面上來。如果要保存地下的水分，就應當鋤松地面的土壤，破壞土壤表層的毛細管，以減少水分的蒸發。

在潔凈的玻璃上放一滴水，它會附著在玻璃板上形成薄層。把一塊潔凈的玻璃片浸入水中再取出來，玻璃的表面會沾上一層水。這種液體附著在固體表面上的現象叫做浸潤。對玻璃來說

，水是浸潤液體。

同一種液體，對一種固體來說是浸潤的，對另一種固體來說可能是不浸潤的。水能浸潤玻璃，但不能浸潤石蠟。水銀不能浸潤玻璃，但能浸潤鋅。

把浸潤液體裝在容器里，例如把水裝在玻璃燒杯里，由於水浸潤玻璃，器壁附近的液面向上彎曲，把不浸潤液體裝在容器里，例如把水銀裝在玻璃管里，由於水銀本身的表面張力大於水銀與管壁之間的附著力，器壁附近的液面向下彎曲。在內徑較小的容器里，這種現象更顯著，液面形成凹形或凸形的彎月面。

毛細現象把幾根內徑不同的細玻璃管插入水中，可以看到，管內的水面比容器里的水面高，管子的內徑越小，裡面的水面越高。把這些細玻璃管插入水銀中，發生的現象正好相反，管子里的水銀面比容器里的水銀面低，管子的內徑越小，裡面的水銀面越低。

浸潤液體在細管里升高的現象和不浸潤液體在細管里降低的現象，叫做毛細現象。能夠產生明顯毛細現象的管叫做毛細管。

表面張力對液體球的作用好像增加了一個垂直於球面的壓強，稱為附加壓強。

對液滴，附加壓強為2*表面張力係數/球面半徑。

對肥皂泡等空心液體球，附加壓強為4×表面張力係數/球面半徑。

毛細現象中液體上升、下降高度。h的正負表示上升或下降。

浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2×表面張力係數/（液體密度×重力加速度g×液面半徑R）。

上升高度h=2×表面張力係數×cos接觸角/（液體密度*重力加速度g×毛細管半徑r）。

毛細現象的產生涉及多種因素，包括固體、液體、氣體、結構等。

液柱上升高度是：h=2γcosθ/(ρgr)

此處，

γ= 表面張力；θ= 接觸角；ρ= 液體密度；g= 重力加速度；r= 細管半徑。

當θ>90度，這表示彎液面為凸面；同時h<0，表示流體在毛細管下降，即汞在玻璃管的情況。

對於在海平面上，裝了水的玻璃管，

γ= 0。0728 J m θ= 20° ρ= 1000 kg m g= 9。8 m s 液柱高度為：

根據此方程式，理論上在1m寬的管中，水可以上升0。014 mm（因此極不容易被察覺）；另外在1 cm寬的管中，水可以上升1。4 mm；而在半徑0。1 mm 的毛細管中，水可以上升14 cm。

方法一：考慮表面張力的力 2πrγcosθ = ρghπr2方法二：考慮流體內非常接近彎液面的點A和非常接近毛細管外表面的點B的壓力，按伯努利定律有：P0 − 2γ / R+ ρgh= P0 其中R為彎液面的半徑，Rcosθ = r；P0為大氣壓力。

毛細現象毛細現象與植物飲水

毛細現象在生物學中有廣泛的應用，如動植物的毛細血管，鋤鬆土壤以破壞土壤的毛細管，減少表面水分的蒸發等。本文就部分毛細現象實驗與植物體的毛細現象實驗進行對比，以此了解物理學與生物學綜合的意義。

1、根和莖的毛細現象根是維管植物由胚根發育而來的體軸的地下部分。由主根及其許多側根構成根系。主要的功能是為了固著植物體和支持地上部，並從土壤中吸收水和溶於水中的無機養料，亦有運輸、貯存和合成某些有機物質的功能，並能向外分泌代謝廢物。根尖表皮細胞向外突出的毛狀物稱為根毛，是根吸收水分和無機鹽的主要部分。

由於根的上述功能，在進行植物吸收水分的教學時，一般用有根的鳳仙花進行吸收水分實驗；將鳳仙花插入有紅墨水的水杯中，水面上滴入植物油，杯口用脫脂棉堵塞，以減少蒸發。靜置十多小時后，首先觀察液面的下降。為了說明植物吸收水分導致液面下降，可以進行對照實驗，幾隻杯子的水同樣多，水面滴入同樣多的植物油，並都用脫脂棉塞住瓶口，經過同樣長的時間后，插有鳳仙花的瓶子水面下降更明顯。還可觀察鳳仙花的葉子和莖，剪斷或揭去表皮，可以看到紅色墨水已沿莖的表皮上升。後者只需幾個小時。

事實上，直接用莖來做實驗，同樣可以看到紅色墨水上升的現象。莖是維管植物由胚芽發育而來的體軸部分。其主要功能出是輸導及支持。如果我們用蠶豆、油菜、蔥、柳枝、松樹及菊花的莖等，插入到紅色水中，幾個小時后，就可以在莖的表皮下觀察到水的上升現象，在花瓣和葉脈上也可見紅色。

植物體能由根、莖輸送水分，主要由根床（地下水的壓力）、毛細現象和蒸騰作用。大氣壓由於互相抵消，不應是主要原因。

蒸騰作用主要是由葉下表面的氣孔產生。將密閉的塑料袋扎在植物的樹葉上，在陽光下很快就會有大量水珠在塑料袋中形成。這一蒸發導致植物要不斷地從根莖中輸送水分。

葉下表皮的氣孔觀察也是很有趣的活動。用蠶豆葉或蔥葉，由刮鬍刀片在葉背面淺淺劃一小方塊，再用及時貼揭下表皮，並用酒精洗（或用刀片刮）去葉綠體，然後直接貼到載玻片上，就可以用顯微鏡觀察氣孔了。

葉的氣孔在早晨張開的較大，中午太熱，為了減少蒸發量，張開的小。為了觀察氣孔，顯然應選擇在早晨摘取的葉子。證明這一結論也是一項有趣的研究活動。在同一植株（如同一棵蠶豆植株）上，分別在早晨及中午摘取多片葉子，獲得葉下表皮，並儘可能用同樣處理方法，在顯微鏡下觀察，結果是早晨的葉子氣孔多且大。

實驗時，為了比較莖中存在的毛細現象與蒸騰作用的大小，進行對照實驗：分別用剪去葉子和未剪去葉子的同一種植物的莖，插入同一個紅色水的瓶中，結果，莖中都有紅色水上升，而沒有去掉葉子的莖上升的時間長。

莖能傳輸水分與蒸騰作用有關，同時葉的氣孔能進行蒸騰，也是通過葉的毛細現象來傳輸水分的。

不同液體的毛細現象

用三種液體進行比較：肥皂液、風油精、水。

拉伸的同一根尖嘴玻璃管，分別插入到三種液體中，上升的高度各不相同。風油精上升的高度最小，肥皂液其次。風油精實驗，直接將玻璃管的尖端插入風油精的瓶中即可。

同種液體，在溫度不同時，毛細現象也不同。

毛細現象上升的高度差異不是十分明顯，要先用及時貼或記號筆作出標記，再用尺量。