研究性学习毛细现象

研究性学习:毛细现象

指导老师:王兴波小组成员:冯妤陈璐于一徐学艺

研究背景、

“水往低处流”，这似乎是一个定律，可是只要我们细心观察，就会发现现实中有许多事实都告诉我们这是不对的。如果你到河里去玩，没有注意到衣服的下摆已经进在水中，过了一些时候，你上岸时，会发现衣服已经湿了一大片。虽然水只浸到一小部分，可是衣服却湿了一大块。

研究目的

虽然我们对毛细现象都有一些了解，而毛细现象也看似简单易懂，但其实我们了解的都只是一些表皮。为了对知识有更深的理解和学习，我们决定通过实验与理论相结合，更进一步研究此现象对实际生活中的影响。

什么是毛细现象

众所周知，水能够沿着两端有开口的细管或细缝移动，包括上升或下降。插入液体中的毛细管，管内外的液面会出现高度差。当浸润管壁的液体在毛细管中上升（即管内液面高于管外）或当不浸润管壁的液体在毛细管中下降（即管内液面低于管外），这种现象叫做“毛细现象”。

【毛细管】凡内径很细的管子叫“毛细管”。通常指的是内径等于或小于1毫米的细管，因管径有的细如毛发故称毛细管。例如，水银温度计、钢笔尖部的狭缝、毛巾和吸墨纸纤维间的缝隙、土壤结构中的细隙以及植物的根、茎、叶的脉络等，都可认为是毛细管。

如果水倒在地板，桌垫等表面光滑的地方时，因为没有细缝，所以不会发生毛细现象，但是如果水是倒在卫生纸，手帕，报纸等等表面有许多细缝的物体上，水就会沿着细缝上升或下降。

那么毛细现象具体有哪些表现呢？毛巾吸水、灯芯吸油、水彩在纸上散开、水沿著水泥墙上升、植物体內的水可以从根部上升到树梢、內衣會吸汗、毛巾可以吸水、水沿着两片玻璃间的细缝上升、咖啡沿著方糖上升、红色墨水可以沿著芹菜的茎向上移动，一部份浸在水中的砖块，一段時间后，整块砖块都湿了，以及白色的花浸在有顏色的液体中，一段時间后，花会被染色等等。

毛细现象产生原因

产生毛细现象原因之一是由于附着层中分子的附着力与内聚力的作用，造成浸润或不浸润，因而使毛细管中的液面呈现弯月形。原因之二是由于存在表面张力，从而使弯曲液面产生附加压强。由于弯月面的形成，使得沿液面切面方向作用的表面张力的合力，在凸弯月面处指向液体内部；在凹弯月面处指向液体外部。由于合力的作用使弯月面下液体的压强发生了变化——对液体产生一个附加压强，凸弯月面下液体的压强大于水平液面下液体的压强，而凹弯月面下液体的压强小于水平液面下液体的压强。根据在盛着同一液体的连通器中，同一高度处各点的压强都相等的道理，当毛细管里的液面是凹弯月面时，液体不断地上升，直到上升液柱的静压强抵消了附加压强为止；同样，当液面呈凸月面时，毛细管里的液体也将下降。

【浸润现象】亦称润湿现象。当液体与固体接触时，液体的附着层将沿固体表面延伸。当接触角θ为锐角时，液体润湿固体，若θ为零时，液体将展延到全部固体表面上，这种现象叫做“浸润现象”。润湿现象的产生与液体和固体的性质有关。同一种液体，能润湿某些固体的表面，但对另外某些固体的表面就很难润湿。例如，水能润湿玻璃，但不能润湿石蜡。

【不浸润现象】亦称不润湿现象。当液体与固体接触时，液体的附着层将沿固体表面收缩。当接触角θ为钝角时，液体不润湿固体，若θ=π时，液体完全不润湿固体。这种现象称为液体不浸润现象。不润湿现象的产生与液体和固体性质有关。同一种液体，能润湿某些

固体的表面，但不能润湿另一些固体的表面。例如，水银不能润湿玻璃，却能润湿干净的锌板、铜板、铁板。

浸润现象或不浸润现象是针对不同的固体来说的，同一种液体对不同的固体可能浸润，也可能不浸润，比如水对玻璃浸润，对菏叶不浸润。

【表面张力】液体表面分子间的吸引力。即液体表面的分子有一种使其面积缩成最小的力，或称一种抵抗表面积扩张的力，此力称“表面张力”。液体表面是指液体与空气或其他液体相接触的自由面。表面张力的大小与接触面的物质有密切关系。此外，表面张力还与温度有关，温度越高，性质越不纯，表面张力越小，相反的，水的温度越低，性质越纯，表面张力也越大。表面张力的方向总是与液面相切，与分界线相垂直。若在液面作一长为L的直线，将液面分成两部分，这两部分之间的相互牵引力为F，则表面张力F=kL，其中k为液体表面张力系数。表面张力的单位为牛顿/米。由于表面张力的作用，液滴表面有收缩到最小的趋势，而使液滴成近似球形的状态。所以当你装满一杯水之后，轻轻的把一粒粒小石头放进水杯中，水会慢慢长的比杯口还要高，但却不会溢出来。

所以我们可以换一个角度来解释毛细现象：毛细现象含有细微孔隙的物体与液体接触时，在浸润情况下，液体沿孔隙上升；在不浸润情况下，液体沿孔隙下降的现象。液体的表面张力越大，密度越小，物体的孔隙越小，毛细现象越显著。毛细现象是附着力或内聚力与表面张力共同作用的结果。例如，毛细作用使水沿着玻璃管上升，水对玻璃管的附着力使水沿着管壁爬升，并形成一个凹面，但表面张力又使液体表面收缩而把液面往上拉平，这两种力的联合作用使水逐渐上升到高于周围液面。当这两种力与升高的液柱所受重力相平衡时，水就不再上升。

毛细现象有关因素

那么毛细现象的进行和什么因素有关呢？

下面我们来做几个试验：

试验一：不同材料的物质，毛细现象不同

器材：红墨水，三种种类不同但长度，宽度都相同的纸条。

步骤：①在纸条上，每5厘米画一格。

②将纸条用夹子固定，使它们的末端相平。

③把盛有红墨水的盘放好，并观察水上升的高度

结论：很明显的可以看出，不同种类的纸，水上升的高度不同。因而可以知道水在孔隙多少不同的物体中，上升的高度不一样，孔隙越多，水上升得越高。

试验二：不同的流质物质，毛细现象不同

器材：玻璃杯三个，清水，醋，酱油，小纸条三张。

步骤：①把上述液体倒进杯中。

②把小纸条放进杯中，观察液体上升的快慢。

结论：醋上升的最快，其次是酱油，最后是水。可以看出，毛细现象与物质的种类有关。

那么，除了从试验可以得知的两个影响毛细现象进行的因素外，还有哪些因素也可以影响毛细现象进行呢？从网上以及书上的资料，我们还知道了，纸本身的吸水力，纸的大小、形状和水的高低都会影响到毛细现象的进行，而产生许多不同的结果。而且水的温度也会影响到毛细现象的进行。水温越高，水的上升变越快，反之，则越慢。因此液体本身的特性也是影响毛细現象的主要原因。而且水温的升高会产生大量的水蒸气，因此，水蒸气也会使毛细现象加速进行。另外当液体分子的內聚力小于其与纸张(或具他物质)之间的吸引力时就会产生毛细現象。不同的液体或纸张，其毛细現象就有程度上的差异。如水银因其原子之间的內聚力极強，很难有毛细現象发生。

与渗透的区别