由于液体的分子引力极小，一般来说，它只能承受压力，不能承受张力。但是，在液体与大气相接触的自由表面上，由于气体分子的内聚力和液体分子的内聚力有显著差别，使自由表面上液体分子有向液体内部收缩的倾向，这时沿自由表面必定有拉紧的作用力。使自由表面处于拉伸状态。单位长度上这种拉力便定义为表面张力，以表面张力系数σ来表示。

表面张力除产生在液体和气体相接触的自由表面外，在液体与固体相接触的表面上，也会产生附着力。因表面张力系数σ值不大，在工程上一般可以忽略不计。但是，在毛细管中，这种张力可以引起显著的液面上升和下降现象，即所谓毛细管现象。因此，在用某些玻璃管制成的水力仪表中，必须注意到表面张力的影响。如图1．4所示，当玻璃管插入水（或其他能够润湿管壁的液体）中时，由于水的内聚力小于水同玻璃间的附着力，水将湿润玻璃管的内外壁面，在内壁面由于管径小，水的表面张力使水面向上弯曲并升高。当玻璃管插入水银（或其他不湿润管壁的液体）中时，由于水银的内聚力大于水银同玻璃间的附着力，水银不能湿润玻璃，水银面向下弯曲，表面张力将使玻璃管内的液柱下降。

现以水为例推导毛细管中液面升高的数值。如图1．5所示，表面张力拉液柱向上，直到表面张力在垂直方向上的分力与所升高液柱的重力相等时，液柱就达到平衡。如果D为管径，θ为液体与玻璃的接触角，γ为液体重度，h为液柱上升高度，则管壁圆周上总表面张力在垂直方向的分力为

πDσcosθ

其方向向上。

上升液柱重量为

其方向向下。

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图1．4　毛细管现象

图1．5　毛细管升高

由以上两式可得

所以

可见，液体上升高度与管子直径成反比，并与液体种类及管子材料有关。在20℃时，水与玻璃的接触角θ为8°～9°，水银与玻璃接触角θ＝139°，考虑到水与水银的σ及γ值后，即可得出20℃时水在玻璃毛细管中上升高度为，水银在玻璃毛细管中下降的高度为，式中D的单位为mm。