水的毛細現象
由於
表面張力與 附著力 的差異,
水在毛細管中,中央較四周凹下;
汞在毛細管中,中央較四周凸起。
毛細管常被用來說明毛細現象,當垂直的細玻璃管底部置於液體中(例如水)時,管壁對水的 附著力 便會使液面四周稍比中央高出一些;直到液體表面張力已經無法克服其重量時,才會停止繼續上升。在毛細管中,液柱重量與管徑的平方成 正比 ,但是液體與管壁的接觸面積只與管徑成正比;這使得較窄的毛細管吸水會比較寬的毛細管來得高。例如,一根管徑0.5毫米的玻璃細管,理論上能夠將水抬升2.8厘米,但實際觀察時其高度會略低些。
汞的毛細現象
在某些液體與固體的組合中,與毛細管吸水的狀況略為不同,例如細玻璃管與 水銀 (汞),汞柱本身的原子 內聚力 大於汞柱與管壁之間的 附著力 ,故汞柱液面中央會稍比四周凸起,這和毛細管吸水的狀況恰為相反。
毛細現象應用
- 在水文學中,毛細現象常用來解釋土壤對水的吸引力;在土壤中,水分會由較 潮溼 處移動到乾燥處,即是毛細現象所致。
- 毛細現象也是 眼淚 能夠自 眼睛 不斷流出的必要因素。
- 現今某些材質的 運動 衣料,會透過毛細現象吸汗。
- 化學家常利用毛細現象來進行 薄板層析 (薄板色譜分析)。
- 自来水笔 的笔管也是通过毛细现象维持笔头湿润
- 紙巾 即是透過毛細現象吸收液體,其充滿細孔的材質使得液體能夠被紙巾吸收。
- 海綿 有非常多的細小孔洞(相當於毛細管),這使得 海綿 能夠吸收大量的液體。
- 蠟燭芯將蠟引到火附近。
公式
液柱上升高度是:

此處:
- γ = 表面張力係數
- θ = 接觸角
- ρ = 液體密度
- g = 重力加速度
- r = 細管半徑
當θ>90度,這表示彎液面為凸面;同時h<0,表示流體在毛細管下降,即汞在玻璃管的情況。
對於在海平面上,裝了水的玻璃管,
- γ = 0.0728 J m-2
- θ = 20°
- ρ = 1000 kg m-3
- g = 9.8 m s-2
液柱高度為:
.
根據此方程式,理論上在半徑1米的管中,水可以上升0. 000 014米(因此極不容易被察覺);另外在半徑1厘米的管中,水可以上升0.14厘米;而在半徑0.1毫米的毛細管中,水可以上升140毫米。
推導
.
其中
- 表面張力引起的力為
,而其垂直向上的部分為
;
- 升起的液體部分的體積為
,其重量( 重力 的作用力)為
;。
- 方法二:考慮流體內非常接近彎液面的點A和非常接近毛細管外表面的點B的壓力,按伯努利定律有:

其中,R為彎液面的半徑,
;
則為大氣壓力。