
毛細現象(Capillary Action)是液體在狹窄管道或孔隙中因表面張力與附着力作用産生的自發流動現象,其英文術語對應"Capillary Action"或"Capillarity"。該現象由英國科學家詹姆斯·居林(James Jurin)于1717年首次定量描述,其物理規律被總結為居林定律(Jurin's Law),公式表達為:
$$ h = frac{2gamma costheta}{rho g r} $$
其中$h$為液柱高度,$gamma$為液體表面張力,$theta$為接觸角,$rho$為液體密度,$g$為重力加速度,$r$為毛細管半徑。當液體與管壁的附着力大于其内聚力時(如玻璃管中的水),液體上升;反之則下降(如汞在玻璃管中)。
該現象在自然界和工程領域具有廣泛運用:
根據《現代漢語詞典》(第7版)與《牛津科技詞典》雙語對照,該術語定義具有跨語言一緻性,中文強調"毛細"指代微觀尺度效應,英文"capillary"源自拉丁語"capillus"(毛發),均突出其發生于細微通道的特性。
毛細現象是液體在細管(毛細管)中因表面張力與附着力的差異,導緻液面自發上升或下降的物理現象。以下從定義、原理及應用三方面詳細解釋:
基本概念
當液體與固體接觸時,若液體能浸潤管壁(如玻璃管中的水),液面會上升;若不能浸潤(如玻璃管中的水銀),液面則下降。這種現象稱為毛細現象,常見于直徑小于1毫米的毛細管中。
直觀表現
例如:細玻璃管插入水中,管内水面高于管外;插入水銀中則低于管外液面。
作用機制
由液體表面張力與液固分子間作用力共同決定。浸潤時,附着力>内聚力,液面呈凹形,液體上升;反之液面凸起,液體下降。
定量計算
液面上升或下降的高度可通過公式表示:
$$
h = frac{2gamma costheta}{rho g r}
$$
其中:
自然與生活
工業與科技
如航天器中的毛筆利用毛細現象在微重力環境下穩定供墨。
總結來看,毛細現象是微觀分子力在宏觀尺度上的體現,其規律可通過物理公式量化,并在多領域有重要應用。
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