毛细现象与永动机的思考
毛细现象浅析 PPT课件
r为内径，θ为接触角， α为表面张力系数
H=2αcosθ/рgr
• 受力分析： • 表面张力元：df元=αdl • 轴向分力为：df=df元cosθ • 积分：f=2πrαcosθ • 若r，α，θ为常数，则液体溢出
但是，，液体受力未达平衡仍将 向上端移动，致使冷端凹液面的 前倾，θ'>θ,f'<f,最终f'=G'
pH >8.5==>结构溶蚀，霉变
• 目前，玻璃发霉保护主要有防霉粉防霉、隔纸防霉、防霉液防霉三大类。 此三类产品中以防霉粉最优，属纳米级高分子材料，具有环保、高效、 易清洗等特点。
• 防霉粉：吸收“毛细现象”产生的微量水汽，防止玻璃表面高浓度OH一 离子的水膜形成；具有H+离子的缓释作用，延长了玻璃防霉粉中和OH一 离子的有效时间
粗管不产生毛细现象 接触角
θ>90。H<0 θ=90。H=0 θ<90。H>0
目录
• 相关概念 • 毛细现象定义 • 原理 • 能量来源 • 应用
能量来源
• 从微观上看液体表面自由能就是在等温条件下液体表面中 所有分子的势能。
• 气-液界面，固-液或固-气界面出现薄层，这一薄层内的 分子同固体内部的分子相比缺少了一些能吸引它的分子 (因液体、气体的密度比固体小，从而使这一薄层内的分 子势能大于固体内部的分子势能。在温度不变时，固体表 面薄层中所有分子势能的和为固体的自由表面能。
应用——如何解释锄地保墒原理？
土壤间隙被认为是一些毛细管，水在其中呈凹液面。天 旱无雨时，农民通过锄地来保持土壤水分，因为锄地可切断 地表的土壤间孔隙(即毛细管)，以防止土壤中水分沿毛细管 进一步上升蒸发。
锄地
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。
毛细现象-会爬高的水JKY
重力与压力差
重力的作用
在地球上，所有物体都受到重力的作用。对于水而言，重力使得水向下流淌。
压力差的作用
由于毛细管中的液体受到重力的作用，上方的液体对下方的液体产生压力，使 得下方的液体受到更大的压力。这种压力差使得水分子在毛细管中向上爬升。
04
毛细现象的实验验证
实验材料与设备
Байду номын сангаас
玻璃板或塑料板
水
纸巾
03 拓展应用领域
将毛细现象应用于更多的实际场景，如微流体控 制、纳米技术、生物医学等领域，为科学技术的 发展做出贡献。
THANKS
感谢观看
毛细现象的物理机制
表面张力
表面张力是液体表面分子之间的吸引力，它使得液体表面 尽可能地收缩。在毛细现象中，表面张力促使液体沿细管 上升或下降。
附着力
附着力是液体与固体接触时，分子间的吸引力。在毛细现 象中，附着力促使液体克服重力作用，沿细管壁爬升。
润湿性
润湿性是指液体与固体表面的接触状态。根据润湿性的不 同，可以分为浸润和不浸润两种情况。浸润时，液体在细 管中上升；不浸润时，液体在细管中下降。
05
毛细现象的实际应用
植物的吸水过程
植物通过根部吸收水分，并在茎部和叶片中传输。毛细 现象使得水分在植物体内的细小通道中上升，从根部到 达叶片，维持植物的正常生长。
植物的细胞壁和细胞间隙具有亲水性，能够吸引水分并 使其在植物体内流动。毛细现象在植物的吸水过程中起 着关键作用，使得水分能够克服重力，向上传输。
表面张力
表面张力的定义
表面张力是指液体表面所受到的垂直于液面方向的拉力。由 于表面分子的排列较为稀疏，使得表面分子间的相互作用力 小于内部分子间的相互作用力，从而产生表面张力。
一种第一类永动机的设计错误分析_李杰
一种第一类永动机的设计错误分析李 杰(商丘医学高等专科学校公共学科部,河南商丘476000)摘 要:分析了一种根据毛细现象原理设计的永动机的错误原因。
指出,由于毛细管顶部表面层接触角大于零导致表面层面积减小、表面层张力减小,致使毛细管内液体实际上升高度减小,故而此第一类永动机的设计是不可能实现的。
关键词:毛细现象;永动机;接触角中图分类号:O552.4+2 文献标志码:A 文章编号:1008 7613(2007)05 0023 030引言在生活中,我们常可以看到一些毛细现象,毛细现象的原理在实际的生产中也得到了多方面的应用。
例如,将内径很小的玻璃管(毛细管)插入水中,这时管子内部的水面要上升到高于管外水面的某一高度。
管内径越小,管内外水面的高度差就越大。
笔者在给学生介绍毛细现象时,曾引起一位学生的极大兴趣。
课后,他告诉我,他利用毛细现象原理设计了一台第一类永动机。
我们知道第一类永动机是不可能造成的,因为第一类永动机是违背能量守恒定律的[1,2],他的设计一定是错误的,但重要的是找出错误,以便说服学生,激发学生的创新热情,培养学生的创新精神。
1根据毛细现象原理设计的永动机利用毛细现象原理设计的永动机的原理图如图1所示。
在地面上放置一个装满水的大水盘,水盘里放有许多彼此平行且直立的内径很小的玻璃制成的毛细管,为了方便地说明问题,取毛细管的内半径为r=10-5m,由于水对玻璃毛细管来说是浸润液体,因此,水会沿着毛细管内壁上升,其上升的高度由下式H=2 cosgr(1)决定[3,4,5]。
式中水的密度 =103kg m3,毛细管的内半径r=10-5m, 是液体的表面张力系数,当温度为20 时,对于水来说, =72.75 10-3N m; 为接触角,由于水完全浸润玻璃,故 =0o,公式简化为H=2gr(2)将上述数据代入公式(2)(g取10m s2)可得:H=2 72.75 10-310-3 10 10-5= 1.46m图1 永动机设计模型23第21卷第5期新乡师范高等专科学校学报Vol.21,No.5 2007年9月 JOURNAL OF XINXIANG TE ACHERS COLLEGE SEP,2007收稿日期:2007 05 11作者简介:李杰(1955 ),男,河南睢县人,商丘医学高等专科学校公共学科部高级讲师,主要从事医学物理学方面的研究工作。
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。
毛细现象的实验原理应用
毛细现象的实验原理应用1. 毛细现象的定义毛细现象是指液体在细小管道或细孔中由于表面张力的作用而上升或下降的现象。
2. 实验原理2.1 表面张力的作用液体由于分子间的相互作用，使液体表面遭受到一个平行于表面的立体张力，称为表面张力。
2.2 液体在细毛细管内上升的原理当细毛细管插入液体中后，液体因表面张力而在细毛细管内上升。
液体上升的高度与细毛细管的半径、液体的密度以及液体与管壁间的相互作用有关。
2.3 液体在细毛细管内下降的原理当细毛细管插入液体中并将上端暴露在外界气压下时，液体因表面张力而在细毛细管内下降。
液体下降的高度与细毛细管的半径、液体的密度以及液体与管壁间的相互作用有关。
3. 实验应用3.1 温度计的工作原理温度计是利用毛细现象来测量温度的仪器。
温度计中的细毛细管内充满了染色的液体，通过观察液体在毛细管内的上升或下降来判断温度的变化。
3.2 纸巾吸水的原理纸巾具有较大的表面积，纸巾中的纤维间有许多密集的细孔。
当纸巾接触到水时，水因表面张力而在纸巾的细孔内上升，从而起到吸水的效果。
3.3 植物输送水分的机制植物根部通过根毛吸收土壤中的水分，然后水分通过植物细胞间的毛细管效应在植物体内上升，通过液压力作用将水分输送到树叶等部位。
3.4 针管抽水的原理使用针头吸入液体时，液体因表面张力而被上拉，形成液柱，可实现抽水过程。
这种原理在医疗注射、液态传输系统中得到广泛应用。
3.5 油墨上升的现象当一根细毛细管的一端浸入油墨中时，油墨因表面张力的作用而在细毛细管内上升，可以通过观察油墨上升的高度来研究液体的表面张力性质。
3.6 毛细管电渗析技术毛细管电渗析技术是用毛细管与电渗析法相结合的一种分离纯化技术。
利用毛细管内液体上升的原理，将被分离物溶液置于毛细管内，通过加电场使被分离物向电极方向运移，实现纯化的目的。
4. 结论毛细现象是液体在细小管道或细孔中由于表面张力的作用而上升或下降的现象。
该现象的实验原理应用包括温度计的工作原理、纸巾吸水原理、植物输送水分机制、针管抽水原理、油墨上升现象和毛细管电渗析技术等。
1毛细现象原理
毛细现象原理
毛细现象是一种在微观尺度下非常普遍的现象，它对于液体在细小管道或多孔
介质中的行为具有重要影响。
毛细现象的原理关键在于表面张力和毛细管内外压力之间的平衡。
在这种现象下，液体在细小管道中能够上升或下降，形成一系列有趣的现象和应用。
表面张力的作用
表面张力是液体内部分子间相互吸引力导致的结果，它使得液面能够收缩成最
小表面积的形态。
在细小管道中，表面张力将导致液体在管道中形成凸曲Meniscus，这种形态使得管道内的液面呈现出曲率。
不同液体的表面张力不同，这也导致了不同液体在毛细管中表现出不同的现象。
毛细管内外压力的平衡
毛细现象中，液体在细小管道中的上升或下降是由毛细管内外的压力平衡所决
定的。
毛细管内外的压力差异使得液体能够克服自身的重力并在细小管道中运动。
这种平衡关系对于液体在微小空间中的输送和分离具有重要作用，例如在微流控系统中的应用就广泛涉及到毛细现象的原理。
毛细现象的应用
毛细现象不仅是一种有趣的物理现象，也被广泛应用于实际生产和科研领域。
例如，毛细管作为一种微型流量测量器件，可以应用于医疗器械和化工领域；毛细管色谱技术则利用毛细现象来实现物质分离；此外，微纳米流体力学领域的研究也大量利用毛细现象来探究小尺度流体行为。
总的来说，毛细现象是一个值得深入探讨的物理现象，它不仅丰富了我们对液
体行为的认识，也为微型技术和应用提供了重要的基础。
通过理解毛细现象的原理，我们可以更好地利用这一现象，推动科技的发展和创新。
毛细现象浅析
r为内径，θ为接触角， α为表面张力系数
H=2αcosθ/рgr
• 受力分析： • 表面张力元：df元=αdl • 轴向分力为：df=df元cosθ • 积分：f=2πrαcosθ • 若r，α，θ为常数，则液体溢出
但是，，液体受力未达平衡仍将 向上端移动，致使冷端凹液面的 前倾，θ'>θ,f'<f,最终f'=G'
Thank you！
原理
液体分子和固体分子之间的吸引力
• 一、由于附着力使附着层扩展而使表面层的面积增大；
• 二、凹弯月面上的表面张力为了使液面收缩，就要把液面 下的液体向上拉，导致液体在毛细管内上升；
• 三、上升的液柱又受到方向向下的重力的作用。
• 直到出现附着力、表面张力和上升液柱所受重力这三个力 平衡时，管内液柱则稳定在一定高度。
• 自由表面能:Es，l(液、固)，Es，g（气、固），因液体的 密度大于气体，所以Es，l<Es，g。当固、气界面被固、液 界面取代时，将有一部分表面能释放出来，所以毛细现象 发生过程中，固体表面能释放转变为水柱的重力势能和系 统的内能。
目录
• 相关概念 • 毛细现象定义 • 原理 • 能量来源 • 应用
pH >8.5==>结构溶蚀，霉变
• 目前，玻璃发霉保护主要有防霉粉防霉、隔纸防霉、防霉液防霉三大类。 此三类产品中以防霉粉最优，属纳米级高分子材料，具有环保、高效、 易清洗等特点。
• 防霉粉：吸收“毛细现象”产生的微量水汽，防止玻璃表面高浓度OH一 离子的水膜形成；具有H+离子的缓释作用，延长了玻璃防霉粉中和OH一 离子的有效时间
防治——浮法玻璃发霉
• 玻璃发霉的本质是玻璃表面在pH值大于8．5时，其表面结构发生了“氧 桥”断裂，硅氧网络被溶蚀而造成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
读《毛细现象与永动机》后的思考
地质2班0904030216卢利涛
毛细现象其实并不是很特别的现象，它存在于我们生活中的很多地方。
毛巾吸水，地下水沿土壤上升，吸管插入饮料后管内液面上升等都是毛细现象。
毛细现象有两种情况，其一是管内液面高于管外液面，另一种是管内液面低于管外液面。
其原因在于液体不同，前一种液体为浸润液体，后一种则为不浸润液体。
（液体附着在固体表面上的现象叫做浸润。
）生活中我们经常看到的是前一种情况，这是由于水在多数情况下都是浸润液体。
毛细现象也是一把双刃剑，有有利的一面也有有害的一面。
对于植物要从地下吸取水分，这是有利的一面。
土壤中有很多的毛细现象，所以土壤下层的水经常会被吸到上层表面。
这并不都是有利的，例如农业需要土壤有一定的湿度，但是水被吸到上层后容易蒸发，导致土壤缺少水分。
所以我们需要合理的利用这种现象。
通过毛细现象可以把处于低势能位的水送至高势能位而不需要外力做工，我们可以充分利用这一点进行物质的运输。
利用毛细管将水提升到某一高度，再利用水的重力做功使其下降，在经过毛细现象使其上升，如此重复。
这看上去又是一个新型的永动机。
然而仔细分析便会发现其中的矛盾之处。
首先我们必须知道毛细现象的原理。
当液体和管壁之间的附着力大与液体本身内聚力时，就会产生毛细现象。
当附着力等于液体本身的内聚力时，液体达到最高高度。
此时液体达到受力平衡状态，那么液体怎么能够又在重力作用下下降做工呢？液体的内聚力已经包含了液体重力的影响，要使液体下降则必须要用过另外的外力做工以克服液体与管壁之间的附着力。
所以我们可以发现这并不是一个无需外力做工的过程，因此这不能成为一个永动机。