流体力学 毛细现象
毛细现象的原理
毛细现象的原理
毛细现象是液体在细小孔道或毛细管中产生的特殊现象。
其原理可以归结为两种力的竞争作用：表面张力和重力。
首先，液体表面的分子存在着内部的吸引力，即表面张力。
这种张力使得液体表面尽量减少表面积，使得其呈现出球形或近似球形的形状。
当液体与细小孔道接触时，表面张力使得液体分子在孔道中靠近表面相互吸引，产生了极小的液体压强。
这种液体压强随着孔道直径的减小而增大。
其次，重力对液体也起到一定影响。
液体存在陆地引力，即地球引力，使得液体向下运动。
如果孔道太大，液体将受到重力的主导，快速向下流动，不会出现明显的毛细现象。
然而，当孔道足够细小，液体表面张力的效应开始凌驾于重力之上。
这时，液体分子会在孔道中发生一系列协调运动，液体会逆流上升，甚至能够靠近垂直上升。
因此，毛细现象的发生是由表面张力和重力之间的相互作用决定的。
表面张力使得细小孔道中的液体分子互相靠近，形成了稳定的液体柱。
而重力趋向于将液体向下拉，在孔道足够细小的情况下，表面张力能够克服重力，维持液体的垂直上升。
通过控制细小孔道的直径，可以调节毛细现象的发生与否。
当孔道直径较大时，重力的作用较大，液体会快速流出，不会形成毛细。
当孔道直径足够小，液体在孔道中能够形成稳定的液体柱，即呈现出明显的毛细现象。
流体的表面张力和毛细现象
流体的表面张力和毛细现象流体的表面张力和毛细现象是液体力学中重要的概念，它们对于理解和解释许多自然现象和工程应用具有重要意义。
本文将围绕流体的表面张力和毛细现象展开讨论，并探索其背后的物理原理和实际应用。
一、表面张力的概念及原理表面张力是指液体表面处分子间存在的相互作用力所表现出来的力。
液体分子之间存在吸引力，使得液体表面处的分子相对于内部的分子所受到一个净向内的作用力，导致液体表面呈现出类似于弹性膜的性质，这就是表面张力。
表面张力的强度决定了液体表面的特性，对于液体的凝聚性、润湿性以及与固体的相互作用有重要影响。
表面张力可通过实验测量得到，常用的实验方法包括测量液体在浮体上的起伏高度、测量液体的静水压强以及测量液滴的形态等。
表面张力的数值通常用单位长度的力来表示，国际单位制中以N/m表示。
二、毛细现象的定义及原理毛细现象是指液体在细小的毛细管内上升或下降的现象。
当液体与毛细管接触时，由于液体与固体间的相互作用力，液体在毛细管中会产生一定的上升或下降效应，这就是毛细现象。
毛细现象广泛存在于自然界和工业应用中，如植物的输水现象、药丸溶解以及吸管吸水等。
毛细现象的产生与表面张力密切相关。
当液体进入细小的毛细管内时，其表面张力会对液体产生一个向内的作用力，导致液面在毛细管内呈现弯曲或上升的形态，直至与液体内部的重力产生平衡。
毛细现象符合普通的液体静力学原理，可以通过毛细管的直径、液体的性质以及环境条件等因素来调控。
三、流体表面张力和毛细现象的应用流体的表面张力和毛细现象在许多实际应用中有着重要的作用。
下面将介绍一些相关的应用。
1. 毛细管现象在植物中的输水过程中起着重要作用。
植物通过根部吸水，利用毛细管现象将水分输送到树叶，并通过蒸腾作用将水分蒸发到空气中。
2. 在医药领域，毛细现象被用来研究药物的溶解速率和释放速度，通过控制毛细管的直径和液体的性质，可以调控药物的释放速度，从而实现针对性的治疗效果。
高考毛细现象知识点
高考毛细现象知识点在高考物理中，毛细现象是一个非常重要的知识点，经常考察学生对物理原理的理解和应用。
毛细现象涉及到液体在毛细管中的上升和下降，以及与表面张力和引力的关系等。
本文将从毛细现象的基本定义、液体上升高度的计算、毛细管中液面形状的变化以及毛细现象在实际应用中的重要性等多个方面进行讨论。
首先，我们来介绍一下毛细现象的基本定义。
毛细现象是指当液体进入毛细管时，由于液体分子间的吸引力和表面张力的作用，使液体在毛细管中上升或下降的现象。
毛细现象产生的原因主要是因为液体分子间的吸引力大于液体分子与空气分子之间的吸引力。
这种现象可以通过导管、细管、草茎等细长的物体来观察。
接下来，我们来讨论一下液体在毛细管中上升的高度如何计算。
根据毛细现象的基本原理，液体在毛细管中上升的高度与液体的密度、毛细管的内径以及表面张力之间有关。
根据相关的物理公式，可以得出液体在毛细管中的上升高度等于2倍的表面张力除以液体的密度与加速度的乘积再除以毛细管的内径的平方。
这个计算公式帮助我们更好地理解毛细现象的相关原理。
此外，毛细现象还涉及到液面形状的变化。
当液体进入毛细管时，由于毛细现象的作用，液面会出现弯曲，形成一个凹曲面。
液面的弯曲程度与液体本身的性质、毛细管的直径以及表面张力等因素有关。
根据液面的弯曲程度，可以进一步判断液体的性质和检测表面张力等相关信息。
最后，我们来探讨一下毛细现象在实际应用中的重要性。
毛细现象的相关原理广泛应用于各个领域，包括医学、生物、化学和工程等。
例如，在医学领域，通过观察毛细现象可以检测疾病的早期变化，帮助医生进行诊断和治疗。
在工程领域，毛细现象的理论和应用可以用于设计微细管道、纳米材料和液滴控制等。
因此，对毛细现象的理解和应用具有重要的实际意义。
综上所述，高考物理中的毛细现象是一个重要的知识点，涉及到液体在毛细管中的上升和下降、与表面张力和引力的关系等多个方面。
理解和掌握毛细现象的基本原理和计算方法对于考试和实际应用都具有重要意义。
毛细现象原理
毛细现象原理
毛细现象是液体在细小管道或细小孔隙中展现出的特殊现象。
其主要原理可以归结为三个方面。
首先，韦达效应是毛细现象中的重要原理之一。
根据韦达效应，当液体在细小管道中流动时，由于管道壁与液体之间存在的内聚力，液体会在细小管道中上升，形成上升的现象。
这种上升现象正好可以解释毛细管液体的升高。
其次，液体的自重和压强差也是毛细现象的原理之一。
由于液体的自重会形成液体的下降压强，而液体在细小管道中由于液体的封闭状态会形成额外的压强，这两种压强差形成的合力会导致液体在细小管道中上升。
最后，毛细现象还与表面张力有关。
表面张力是指处于液体表面上的分子间存在的内聚作用力，其方向平行于表面。
当液体进入细小管道时，液体表面附近的分子将会受到相邻分子和管道壁分子的引力，从而形成一个向上的力。
这个垂直于表面的力使得液体沿细小管道上升。
综上所述，毛细现象是由韦达效应、液体的自重和压强差，以及表面张力共同作用的结果。
这些力的合力使得液体在细小管道中表现出升高的现象，从而展现出毛细现象。
毛细现象
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或下降的现象。
含有细微孔隙的物体与液体接触时，使该液体沿孔隙上升或下降的现象。
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（上升）；反之，当液体和固体(管壁)之间的附着力小于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象（下降）。
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。
毛细管作用的出现是由于水具有黏性—水分子互相黏着附在其他物体上的特性，这些物体可以是玻璃、布、器官组织或土壤。
而水银因其原子之间的内聚力极强，所以发生毛细现象（下降）。
越细的毛细管吸水所受的气压影响越不明显，所以越细的毛细管在垂直于水面的情况下吸水程度越强。
流体力学-总复习-名词解释
流体力学概念总结1.连续介质模型：在流体力学的研究中，将实际由分子组成的结构用流体微元代替。
流体微元有足够数量的分子，连续充满它所占据的空间，这就是连续介质模型。
2.质量力：处于某种力场中的流体，所有质点均受有与质量成正比的力，这个力称为质量力。
3.表面力：相邻流体作用于此流体微团各表面的力，包括：压力、剪力和表面张力。
4.粘性：当流体在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随之产生阻碍流体层间相对运动的内摩擦力，流体产生内摩擦力的这种性质称为粘性。
5.动力粘度：单位速度梯度时内摩擦力的大小μ=τ∕(dv∕dh)6.运动粘度：动力粘度和流体密度的比值。
υ=μ／ρ7.恩氏粘度：被测液体与水粘度的比较值。
8.理想流体：一种假想的没有粘性的流体。
9.牛顿流体：在流体力学的研究中，凡切应力与速度梯度成线性关系，即服从牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体。
10.'11.表面张力：引起液体自由表面欲成球形的收缩趋势的力称为表面张力。
12.湿润现象：液体分子与固体分子之间的相互吸引力（附着力）大于液体分子之间的相互吸引力（内聚力）时产生的湿润固体的现象。
13.毛细现象:液体和固体接触时，液体沿壁面上升或下降的现象。
毛细管越细，液面差越大。
14.静压强：当流体处于绝对静止或相对静止状态时，流体中的压强称为流体静压强。
15.有势质量力：质量力所做的功只与起点和终点的位置有关，这样的质量力称为有势质量力。
16.力的势函数：某函数对相应坐标的偏导数，等于单位质量力在相应坐标轴上的投影，该函数称为力的势函数。
17.等压面：在充满平衡流体的空间，连接压强相等的各点所组成的面称等压面。
18.压力体：由所研究的曲面，通过曲面周界所作的垂直柱面和流体的自由表面（或其延伸面）所围成的封闭体积叫做压力体。
19.实压力体：当所讨论的流体作用面为压力体的内表面时，称该压力体为实压力体。
20.虚压力体：当所讨论的流体作用面为压力体的外表面时，称该压力体为虚压力体。
毛细现象知识点总结
毛细现象知识点总结一、毛细现象的基本概念1.1 毛细现象的定义毛细现象是指当液体进入微小管道或细小孔隙时，由于表面张力的作用，液体呈现出一系列特殊的物理现象。
这些现象包括液体在毛细管内的升降和曲线，以及毛细管内液体压力的大小和分布等。
1.2 毛细管毛细管是指那些内径较小，与液体接触面有较强吸引力，并且能使液体升降的管道或孔隙结构。
毛细管的内径通常在几微米到几毫米之间，可以是玻璃管、塑料管、纤维管、织物纤维等。
1.3 表面张力表面张力是指液体分子表面层的分子间相互作用力和表面层内部的作用力，它使得液体呈现出一种对外表面的收缩趋势。
表面张力的大小取决于液体的性质、温度和环境条件等因素。
1.4 毛细现象的影响因素毛细现象的出现和表现受多种因素影响。
其中包括毛细管的材质和直径、液体的性质和温度、重力的大小和作用方向、以及管道表面的粗糙度等因素。
二、毛细现象的主要表现2.1 升降现象当液体进入微小管道内时，由于表面张力的作用，液体在毛细管内会呈现出升降的现象。
在一些情况下，这种升降现象还会被重力和毛细管内压力所影响，呈现出复杂的现象。
2.2 曲线现象当液体在细小管道内流动时，由于表面张力和管道壁的作用，液体会呈现出一系列曲线状的现象。
这些曲线的形状和大小受到毛细管的直径、液体的性质和流速等因素的影响。
2.3 毛细管压力毛细管内的液体会受到表面张力的作用而形成一定的压力，这就是毛细管压力。
毛细管压力的大小和分布与液体的性质、毛细管的直径和液体的高度等因素有关。
毛细管压力对液体的流动和液体的性质有着重要的影响。
三、毛细现象的应用3.1 毛细管作用毛细管作用是指液体在毛细管内产生的升降现象。
这种作用在日常生活中有着广泛的应用，如蜡烛的燃烧、毛细管的吸水现象等。
3.2 毛细管电动势毛细管在电场作用下会产生电势差，这种现象被称为毛细管电动势。
毛细管电动势在电化学和电动力学领域有着重要的应用，如电泳分析和离子迁移等。
流体力学 毛细现象
如图
,
由于
RB
RA
, PS
2
R
,
所以 PSB PSA , PB PA , PB PA gh
当土壤温度变化时，悬着水两端
温度不同，温度高的一端α值减小，
导致该端Ps 减小，使悬着水向温 度低处移动。
水分夜间向上移动, 中午由表层向底层移动.
5
二）、毛细管的气体栓塞现象
如图，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相等,
2.凸液面: P P0 Ps
3.凹液面: P P0 Ps
4.单球形液面:
( 1 ) 凸液面( 如气中液滴) ：P
P0
2
R
( 2 ) 凹液面( 如液中气泡) ：P
5.球形液膜:
4
P内 P外 R
P0
2
R
13
三、润湿与不润湿
⑴ , 液体润湿固体； 0 ，液体完全润湿固体。
2
⑵ , 液体不润湿固体； ，液体完全不润湿固体。
B、C 为等高点，但PB ＞ PC ，所
以液体不能静止，管内液面将下降，
直至找到等压点为止，此时：
PA
P0
2
R
•
Bh
PA
PC
gh
P0
2
R
r•
A
h 2 2 cos
R
gR
gr
其中 R cos R cos( ) R cos r
完全不润湿 , , R r r , h 2 2
PC
2
R
gh
h
（
2 0）gR
PC
•
PC
PC
0 0
2
R
B
PC
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强△P，这时两侧液面形状改变，右侧曲率半径增大 , 左侧 曲率半径减小，产生向左的附加压强差来抵抗△P ,当△P 达
到一定程度时，液柱才能移动。
当毛细管中有很多气泡，
P
P
则外加几个大气压都不能使
液柱移动，形成栓塞, 称气
体栓塞现象。
P DP
P
举例: 病人输液；潜水员由深 水上浮；植物高温下枯萎。
其中 R cos R cos( ) R cos r
完全不润湿 , , R r r , h 2 2
cos
gR gr
• C • A
.
2
例5 在一根竖直插入水中的毛细管中，水上升的高 度为5.8×10-2m（设水对玻璃完全润湿）， 若将此管插入水银中，水银对玻璃的接触角 138度，（α水=7.3*10-2N/m, α汞 =7.3*10-2N/m），
求:管内水柱高度。
PD
P0
2
R
PC
P0
2
r
PD PC gh
h
PD PC
g
2 1 g R
1 r
5.5
103
m
4
五、悬着水和气体栓塞现象
一）、悬着水
水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫毛细管上升 水。土壤中的毛细管起着分配、保持土壤中的水分作用。 土壤毛细管中存在的水叫悬着水，其在土壤毛细管中能保 持的原因是：
二）、毛细现象
1.毛细现象 由润湿和不润湿现象引起的，润湿管壁的液体在细管里
升高，不润湿管壁的液体在细管里下降的现象。
2.管内液面上升（或下降）的高度
细管称毛细管。
(1)液体润湿管壁
毛细管刚插入水中时，管内液面为凹
R
液面，PC = P0 ,PB < P0 , B、C 为等高点， 但PB< PC ，所以液体不能静止，管内液 面将上升，直至PB =PC 为止，此时：
•
饱和（动平衡） 饱和蒸汽 饱和蒸汽压。
（1）n回 n逸 凝 结 ；
8
二、弯曲液面上的饱和蒸汽压
1. 定性分析
(1) 微观分析
凹液面的分子逸出时所需做 的功比平液面多，因为要克服斜 线部分液体分子的引力做功。单 位时间内逸出凹液面的分子数小 于单位时间内逸出平液面的分子 数，所以凹液面上的饱和蒸汽压 小于平液面上的饱和蒸汽压。
r
•
A
PA
P0
2
R
h
PB
PA
gh
P0
2
R
gh
PC
P0
h 2 2 cos , 其中 R cos r .
gR gr
•
•
B
C
1
完全润湿 , 0, R r r , h 2 2 .
cos
gR gr
(2)液体不润湿管壁
1. 平液面: P P0
2.凸液面: P P0 Ps
3.凹液面: P P0 Ps
4.单球形液面:
( 1 ) 凸液面( 如气中液滴) ：P
P0
2
R
( 2 ) 凹液面( 如液中气泡) ：P
5.球形液膜:
4
P内 P外 R
P0
2
R
13
三、润湿与不润湿
⑴ , 液体润湿固体； 0 ，液体完全润湿固体。
2. 定量分析
设弯曲液面上的饱和蒸汽压为: PC 平液面上的饱和蒸汽压为: PC (1) 凹液面
PC PC 0 gh
PC PB PA PD gh
PC
2
R
gh
h
（
2 0）gR
PC
•
PC
PC
0 0
2
R
B
PC
0
•
D
h
•
7
第三节 弯曲液面上的饱和蒸汽压
一、蒸发和凝结
液体变成气体的过程称汽化过程。常温下的汽化过程 称蒸发，其逆过程称凝结，是气体的液化过程。
从微观角度看，动能大的分子从液面逸出，设其分子数为
n逸 , 从外面返回的分子数设为n回。
（2）n回 n逸 蒸 发 ；
•
（3）在密闭容器中，当n回 n逸
求：管中水银下降高度。
完全润湿 , 0, R r r , h 2 2 .
cos
gR gr
h ' 2 2 cos
gR
gr
3
例6 在内半径r=0.3mm的细管中注水， 水在管的下端形成一个水滴，其形 状可以认为是半径R=3.0mm的球的 一部分。已知水的表面张力系数α 水=7.3*10-2N/m,设管内弯曲液面的 曲率半径与管内半径相同，
凸液面的分子逸出时所需做的功比平液面少，因为不需
要克服斜线部分液体分子的引力做功。单位时间内逸出凸液
面的分子数大于单位时间内逸出平液面的分子数，所以凸液
面上的饱和蒸汽压大于平液面上的饱和蒸汽压。
9
(2) 宏观分析
凹 液 面 ：P内 P外 ， 阻 止 蒸 发 ， 饱 和 蒸 汽压 小 。
凸 液 面 ：P内 P外 ， 促 进 蒸 发 ， 饱 和 蒸 汽压 大 。
如图
,
由于
RB
RA
Байду номын сангаас
, PS
2
R
,
所以 PSB PSA , PB PA , PB PA gh
当土壤温度变化时，悬着水两端
温度不同，温度高的一端α值减小，
导致该端Ps 减小，使悬着水向温 度低处移动。
水分夜间向上移动, 中午由表层向底层移动.
5
二）、毛细管的气体栓塞现象
如图，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相等,
2
⑵ , 液体不润湿固体； ，液体完全不润湿固体。
2
四、毛细现象
(1)液体润湿管壁: h 2 2 cos
gR gr
完全润湿： 0, R r , h 2 2 . gR gr
(2)液体不润湿管壁: h 2 2 cos
毛细管刚插入水银中时，管
内液面为凸液面，PC = P0 , PB＞ P0 ,
B、C 为等高点，但PB ＞ PC ，所
以液体不能静止，管内液面将下降，
直至找到等压点为止，此时：
PA
P0
2
R
•
Bh
PA
PC
gh
P0
2
R
r•
A
h 2 2 cos
R
gR
gr
gR
gr
完全不润湿： , R r , h 2 2 . gR gr
14
五、弯曲液面上的饱和蒸汽压
(1) 凹液面:
PC
PC
0 0
2
R
0
2
R
(2) 凸液面:
PC
PC
0 0
2
R
0
2
R
15
2
R
0
2
R
凸液面:
PC
PC
0 0
2
R
0
2
R
11
三、应用 1.人工降雨 暖云
2. 云
冷云
混合云 3.熏烟防霜冻
水蒸气——凝结——雨 水蒸气——凝华——雪
12
液体表面性质小结
一、表面张力
1. 表面张力: f =αl
二、弯曲液面的附加压强
2. 表面能: DE DS
A
10
(2) 凸液面
PC PC 0 gh
0
PC PB PA gh PD gh
PC
2
R
gh
2 h （ 0）gR
PC
PC
0 0
2
R
PC
•
B
PC
h
•
•
A
D
弯曲液面上的饱和蒸汽压:
凹液面:
PC
PC
0 0