毛細管現象
液面の上昇高さh は、以下の式で与えられる。
h = 2 T cos  θ ρ g r {\displaystyle h={{2T\cos {\theta }} \over {\rho gr}}}
T = 表面張力
θ = 接触角
ρ = 液体の密度
g = 重力加速度
r = 管の内径(半径)
たとえば、海水面高度でガラス管と水の組み合わせの場合、
T = 0.0728 N/m (20°C)
θ = 20°
ρ = 1000 kg/m
g = 9.80665 m/s2
となり、次の式で液面の上昇高さを計算できる。
h ≈ 1.4 × 10 − 5 m 2 r {\displaystyle h\approx {{1.4\times 10^{-5}\mathrm {m} ^{2}} \over r}}
ガラス管の半径がr = 0.05 mmであれば、液面の上昇は約28 cmとなる。
厳密性を無視した簡単な原理を次に示す。
表面張力によって液面は縮まろうとする方向に力が加わっている。
壁面付近の傾きをもった液面が縮まろうとすることによって結果的に水面を持ち上げる。つまり、液体の上昇する力は壁面付近の表面張力の垂直成分に等しい。
上の二つの力と持ち上げた液体の重さがつりあうまで液面は上昇する。液体の重さは密度×体積(管断面積×高さ)で求まるが、細い管の場合はこの管断面積が微小となる。このため液面の上昇する高さは非常に大きいものとなる。