毛细现象到底是什么鬼?这个问题我高中就没想明白,就只记住了毛细现象是由表面张力引起的,水在毛细管中被吸附,液面向上凹,水银在毛细管中会抱成一团,液面向下凹。这学期学工程流体力学,又接触到这个知识点,经过苦思冥想,终于想出了一个比较合理的解释。(肯定有更好的理解方式,欢迎在评论区留言~)表面张力
我们首先需要了解两个概念,一个是“表面层”,一个是“影响球”。表面层就是距离自由表面(液体与气体的分界面)3~4个平均液体分子距这么一个小薄层,影响球就是半径为3~4个平均液体分子距的小球。当影响球完全浸没在液体中的时候,其受到来自四面八方的液体分子的吸引力是相互抵消的,受力平衡。当影响球不断地向上移动(可以想象成小鱼吐的泡泡),直至与自由表面相切之后,影响球的受力就不平衡了,它整体受到向下的吸引力,如下图红笔所示。
画圆什么的太难了
重点来了!如果影响球还想往上运动,就必须克服这种阻力做功才行,液体受到这么多的功的作用后把能量存储到了表面能中。你可能要问为什么影响球受到阻力还要向上运动呢?因为此时“泡泡”已经和自由表面融为一体,相当于自由表面的面积增加了,那么自由表面能便增加了。由能量越低越稳定,得想个法子把能量散出去,那么就肯定得抵抗一种力做功,这种力就是抵抗自由表面收缩,或者说是使自由表面维持张弛状态的力,即表面张力。(这里和上图红色的液体分子吸引力不是一回事,是一种宏观的力)
也就是说,自由表面收缩,说明自由表面能在减小,怎么减小呢?通过克服表面张力做功。
毛细现象