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毛细现象 毛细现象
[编辑本段]现象与解释
毛细管插入浸润液体中,管内液面上升,高于管外,毛细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外的现象。毛巾吸水,地下水沿土壤上升都是毛细现象。
在洁净的玻璃板上放一滴水银,它能够滚来滚去而不附着在玻璃板上.把一块洁净的玻璃板浸入水银里再取出来,玻璃上也不附着水银.这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润.对玻璃来说,水银是不浸润液体.
在洁净的玻璃上放一滴水,它会附着在玻璃板上形成薄层.把一块洁净的玻璃片浸入水中再取出来,玻璃的表面会沾上一层水.这种液体附着在固体表面上的现象叫做浸润.对玻璃来说,水是浸润液体.

同一种液体,对一种固体来说是浸润的,对另一种固体来说可能是不浸润的.水能浸润玻璃,但不能浸润石蜡.水银不能浸润玻璃,但能浸润锌.
把浸润液体装在容器里,例如把水装在玻璃烧杯里,由于水浸润玻璃,器壁附近的液面向上弯曲(图1乙),把不浸润液体装在容器里,例如把水银装在玻璃管里,由于水银不浸润玻璃,器壁附近的液面向下弯曲(图1甲).在内径较小的容器里,这种现象更显著,液面形成凹形或凸形的弯月面.
毛细现象把几根内径不同的细玻璃管插入水中,可以看到,管内的水面比容器里的水面高,管子的内径越小,里面的水面越高.把这些细玻璃管插入水银中,发生的现象正好相反,管子里的水银面比容器里的水银面低,管子的内径越小,里面的水银面越低.
浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象,叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管.

液体为什么能在毛细管内上升或下降呢?我们已经知道,液体表面类似张紧的橡皮膜,如果液面是弯曲的,它就有变平的趋势.因此凹液面对下面的液体施以拉力,凸液面对下面的液体施以压力.浸润液体在毛细管中的液面是凹形的,它对下面的液体施加拉力,使液体沿着管壁上升,当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时,管内的液体停止上升,达到平衡.同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象.
在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子.植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管,它能把土壤里的水分吸上来.砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象.在这些物体中有许多细小的孔道,起着毛细管的作用.
有些情况下毛细现象是有害的.例如,建筑房屋的时候,在砸实的地基中毛细管又多又细,它们会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿.建房时在地基上面铺油毡,就是为了防止毛细现象造成的潮湿.
水沿毛细管上升的现象,对农业生产的影响很大.土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来.如果要保存地下的水分,就应当锄松地面的土壤,破坏土壤表层的毛细管,以减少水分的蒸发.
[编辑本段]附加压强
表面张力对液体球的作用好像增加了一个垂直于球面的压强,称为附加压强。
对液滴,附加压强为2*表面张力系数/球面半径。
对肥皂泡等空心液体球,附加压强为4*表面张力系数/球面半径。
[编辑本段]上升高度
毛细现象中液体上升、下降高度。h的正负表示上升或下降。
浸润液体上升,接触角为锐角;不浸润液体下降,接触较为钝角。
上升高度h=2*表面张力系数/(液体密度*重力加速度g*液面半径R)。
上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/(液体密度*重力加速度g*毛细管半径r)。
毛细现象与植物饮水
毛细现象在生物学中有广泛的应用,如动植物的毛细血管,锄松土壤以破坏土壤的毛细管,减少表面水分的蒸发等.本文就部分毛细现象实验与植物体的毛细现象实验进行对比,以此了解物理学与生物学综合的意义.
1、根和茎的毛细现象
根是维管植物由胚根发育而来的体轴的地下部分.由主根及其许多侧根构成根系.主要的功能是为了固着植物体和支持地上部,并从土壤中吸收水和溶于水中的无机养料,亦有运输、贮存和合成某些有机物质的功能,并能向外分泌代谢物质.根尖表皮细胞向外突出的毛状物称为根毛,是根吸收水分和无机盐的主要部分.
由于根的上述功能,在进行植物喝水的教学时,一般用有根的凤仙花进行喝水实验;将凤仙花插入有红墨水的水杯中,水面上滴入植物油,杯口用棉花堵塞,以减少蒸发.静置十多小时后,首先观察液面的下降.为了说明植物喝水导致液面下降,可以进行对照实验,几只杯子的水同样多,水面滴入同样多的植物油,并都用棉花塞住瓶口,经过同样长的时间后,插有凤仙花的瓶子水面下降更明显.还可观察凤仙花的叶子和茎,剪断或揭去表皮,可以看到红色墨水已沿茎的表皮上升.后者只需几个小时.
事实上,直接用茎来做实验,同样可以看到红色墨水上升的现象.茎是维管植物由胚芽发育而来的体轴部分.其主要功能出是输导及支持.如果我们用蚕豆、油菜、葱、柳枝、松树及菊花的茎等,插入到红色水中,几个小时后,就可以在茎的表皮下观察到水的上升现象,在花瓣和叶脉上也可见红色.
2、植物的蒸腾作用
植物体能由根、茎输送水分,主要由根压,毛细现象和蒸腾作用.大气压由于互相抵消,不应是主要原因.
蒸腾作用主要是由叶下表面的气孔产生.将密闭的塑料袋扎在植物的树叶上,在阳光下很快就会有大量水珠在塑料袋中形成.这一蒸发导致植物要不断地从根茎中输送水分.
叶下表皮的气孔观察也是很有趣的活动.用蚕豆叶或葱叶,由刮胡刀片在叶背面浅浅划一小方块,再用及时贴揭下表皮,并用酒精洗(或用刀片刮)去叶绿体,然后直接贴到载玻片上,就可以用显微镜观察气孔了.
叶的气孔在早晨张开的较大,中午太热,为了减少蒸发量,张开的小.为了观察气孔,显然应选择在早晨摘取的叶子.证明这一结论也是一项有趣的研究活动.在同一植株(如同一棵蚕豆植株)上,分别在早晨及中午摘取多片叶子,获得叶下表皮,并尽可能用同样处理方法,在显微镜下观察,结果是早晨的叶子气孔多且大.
实验时,为了比较茎中存在的毛细现象与蒸腾作用的大小,进行对照实验:分别用剪去叶子和未剪去叶子的同一种植物的茎,插入同一个红色水的瓶中,结果,茎中都有红色水上升,而没有去掉叶子的茎上升的时间长.
茎能传输水分与蒸腾作用有关,同时叶的气孔能进行蒸腾,也是通过叶的毛细现象来传输水分的.
3、不同液体的毛细现象
我们用三种液体进行比较:肥皂液、风油精、水.
用同学们自己拉伸的同一根尖嘴玻璃管,分别插入到三种液体中,上升的高度各不相同.风油精上升的高度最小,肥皂液其次.风油精实验,直接将玻璃管的尖端插入风油精的瓶中即可.
同种液体,在温度不同时,毛细现象也不同.
这几个实验,毛细现象上升的高度差异不是十分明显,要先用及时贴或记号笔作出标记,再用尺量.
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