毛细现象

蠟燭燃燒時，應用了毛細作用。

毛細現象（又稱毛細管作用）是指液體在細管狀物體內側，由於內聚力與附著力的差異、克服地心引力而上升的現象。植物根部吸收的水分能夠經由莖內維管束上升，即是毛細現象最常見的例子。當液體和固體(管壁)之間的附著力大於液體本身內聚力時，就會產生毛細現象。液體在垂直的細管中時液面呈凹或凸狀、以及多孔材質物體能吸收液體皆為此現象所致。

水的毛細現象

由於內聚力與附著力的差異，水在毛細管中，中央較四周凹下；汞在毛細管中，中央較四中凸起。

毛細管常被用來作為說明毛細現象，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；直到液體內聚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

化學上的薄板層析利用了毛細現象。

紙巾透過毛細現象，將水充分吸收。

• 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)。
• 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：

$h={{2\gamma \cos {\theta }} \over {\rho gr}}$

此處：

γ = 表面張力

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：

$h\approx {{1.4\times 10^{-5}} \over r}\ {\mbox{m}}$ .

根據此方程式，理論上在 1 米寬的管中，水可以上升 0. 000 014 米（因此極不容易被察覺）；另外在 1 厘米寬的管中，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

• 方法一：考慮表面張力的力

$2\pi r\gamma \cos \theta =\rho gh\pi r^{2}\;$.

其中

表面張力引起的力為 $F=2\pi r\gamma \;$，而其垂直向上的部分為 $F\cdot \cos \theta \;$；

升起的液體部分的體積為 $V=\pi r^{2}h\;$，其重量（重力的作用力）為 $\rho Vg\;$；。

• 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：

$P_{0}-{\frac {2\gamma }{R}}+\rho gh=P_{0}$

其中，R 為彎液面的半徑，$R={\frac {r}{\cos \theta }}$ ；$P_{0}=P_{A}=P_{B}$ 則為大氣壓力。

参见

• 浸润