毛细管作用（液体沿细微缝隙上升的物理现象）

简介

毛细管作用（又称毛细现象）是指液体在细管状物体内侧，由于内聚力与附着力的差异、克服地心引力而上升的现象。植物根部吸收的水分能够经由茎内维管束上升，即是毛细现象最常见的例子。当液体和固体（管壁）之间的附着力大于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材质物体能吸收液体皆为此现象所造成的影响。

毛细管常被用来说明毛细现象，当垂直的细玻璃管底部置于液体中（例如水）时，管壁对水的附着力便会使液面四周稍比中央高出一些；直到液体表面张力已经无法克服其重量时，才会停止继续上升。在毛细管中，液柱重量与管径的平方成正比，但是液体与管壁的接触面积只与管径成正比；这使得较窄的毛细管吸水会比较宽的毛细管来得高。例如，一根管径0.5毫米的玻璃细管，理论上能够将水抬升2.8厘米，但实际观察时其高度会略低些。

产生原因

毛细管作用

亦称润湿现象。当液体与固体接触时，液体的附着层将沿固体表面延伸。当接触角θ为锐角时，液体润湿固体，若θ为零时，液体将展延到全部固体表面上，这种现象叫做“浸润现象”。润湿现象的产生与液体和固体的性质有关。同一种液体，能润湿某些固体的表面，但对另外某些固体的表面就很难润湿。例如，水能润湿玻璃，但不能润湿石蜡。

亦称不润湿现象。当液体与固体接触时，液体的附着层将沿固体表面收缩。当接触角θ为钝角时，液体不润湿固体，若

浸润现象或不浸润现象是针对不同的固体来说的，同一种液体对不同的固体可能浸润，也可能不浸润，比如水对玻璃浸润，对菏叶不浸润。

液体表面分子间的吸引力。即液体表面的分子有一种使其面积缩成最小的力，或称一种抵抗表面积扩张的力，此力称“表面张力”。液体表面是指液体与空气或其他液体相接触的自由表面。表面张力的大小与接触面的物质有密切关系。此外，表面张力还与温度有关，温度越高，性质越不纯，表面张力越小，相反的，水的温度越低，性质越纯，表面张力也越大。表面张力的方向总是与液面相切，与分界线相垂直。若在液面作一长为L的直线，将液面分成两部分，这两部分之间的相互牵引力为F，则表面张力

所以我们可以换一个角度来解释毛细现象：毛细现象含有细微孔隙的物体与液体接触时，在浸润情况下，液体沿孔隙上升；在不浸润情况下，液体沿孔隙下降的现象。液体的表面张力越大，密度越小，物体的孔隙越小，毛细现象越显著。毛细现象是附着力或内聚力与表面张力共同作用的结果。例如，毛细作用使水沿着玻璃管上升，水对玻璃管的附着力使水沿着管壁爬升，并形成一个凹面，但表面张力又使液体表面收缩而把液面往上拉平，这两种力的联合作用使水逐渐上升到高于周围液面。当这两种力与升高的液柱所受重力相平衡时，水就不再上升。

汞的毛细现象

在某些液体与固体的组合中，与毛细管吸水的状况略为不同，例如细玻璃管与水银（汞），汞柱本身的原子内聚力大于汞柱与管壁之间的附着力，故汞柱液面中央会稍比四周凸起，这和毛细管吸水的状况恰为相反。

应用

毛细管作用

2.毛细现象也是眼泪能够自眼睛不断流出的必要因素。

3.现今某些材质的运动衣料，会透过毛细现象吸汗。

4.化学家常利用毛细现象来进行薄板层析（薄板色谱分析）。

5.自来水笔的笔管也是通过毛细现象维持笔头湿润

6.纸巾即是透过毛细现象吸收液体，其充满细孔的材质使得液体能够被纸巾吸收。

7.海绵有非常多的细小孔洞（相当于毛细管），这使得海绵能够吸收大量的液体。

8.蜡烛芯将蜡引到火附近。

公式

液柱上升高度是：

此处：

γ = 表面张力

θ = 接触角

ρ = 液体密度

g = 重力加速度

r = 细管半径

当

对于在海平面上，装了水的玻璃管，

液柱高度为：

根据此方程式，理论上在1米宽的管中，水可以上升0. 000 014米（因此极不容易被察觉）；另外在1厘米宽的管中，水可以上升0.14厘米；而在半径0.1毫米的毛细管中，水可以上升140毫米。

推导方法

一：考虑表面张力的力

其中表面张力引起的力为

升起的液体部分的体积为

方法二：考虑流体内非常接近弯液面的点A和非常接近毛细管外表面的点B的压力，按伯努利定律有：