理论教育 界面现象:毛细现象的发生、流动和应用

界面现象:毛细现象的发生、流动和应用

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:所谓毛细现象是指在附加压力作用下,流体在毛细管内发生宏观流动的现象。毛细现象除了人们所熟知的毛细上升或毛细下降之外,自然界还有很多。例如,石油在地层微孔中的流动,动物血液在毛细血管中的流动以及水分在植物细胞壁间的流动等,都涉及毛细现象。

界面现象:毛细现象的发生、流动和应用

所谓毛细现象是指在附加压力作用下,流体在毛细管内发生宏观流动的现象。毛细现象除了人们所熟知的毛细上升或毛细下降之外,自然界还有很多。例如,石油在地层微孔中的流动,动物血液在毛细血管中的流动以及水分在植物细胞壁间的流动等,都涉及毛细现象。

毛细上升和下降 如果液体能润湿毛细管管壁,表面管壁分子与液体分子之间的作用力大于液体分子本体的作用力,液体分子将沿管壁向上攀附从而形成一凹液面,并产生向上的附加压力,导致毛细上升。例如,水在玻璃毛细管内就会出现这种现象,如图2-7(a)所示。反之,如果液体不能润湿毛细管管壁,表面管壁分子与液体分子之间的作用力小于液体分子本体的作用力,液体分子将被管壁排斥从而形成一凸液面,并产生向下的附加压力,导致毛细下降。例如,汞在玻璃毛细管内就会出现这种现象,如图2-7(b)所示。一般规定,凹液面的附加压力为负,凸液面的附加压力为正,由图2-7可知,当毛细上升现象达到平衡时,毛细上升高度产生的附加压力等于上升液体产生的静压力,即

图2-7 毛细现象示意图

ρgh=﹣pa  (2-15)

将式(1-4)代入上式,可得(www.daowen.com)

式中,r为液面的曲率半径,它与毛细管半径R之间的关系为

式中,θ为液面与管壁所形成的夹角。将式(2-17)代入式(2-16),可得

一般来说,由于液面与管壁所形成的夹角很小,cosθ近似为1,故式(2-18a)简化为

式(2-18)也可用于毛细下降高度的计算,只是所得h应为负值。

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