毛细现象

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蜡烛燃烧时，体现了毛细作用。

毛细现象（又称毛细管作用）是指液体在细管状物体内侧，由液体与物体之间的附着力和因内聚力而产生的表面张力组合而成，令液体在不需施加外力的情况下，流向细管状物体的现象，该现象甚至令液体克服地心引力而上升。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。

水的毛细现象

由于表面张力与附着力的差异，水在毛细管中，中央较四周凹下；汞在毛细管中，中央较四周凸起。

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。

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。

毛细现象应用

化学上的薄板层析利用了毛细现象。

纸巾透过毛细现象，将水充分吸收。

• 在水文学中，毛细现象常用来解释土壤对水的吸引力；在土壤中，水分会由较潮湿处移动到干燥处，即是毛细现象所致。
• 毛细现象也是眼泪能够自眼睛不断流出的必要因素。
• 现今某些材质的运动衣料，会透过毛细现象吸汗。
• 化学家常利用毛细现象来进行薄板层析（薄板色谱分析）。
• 自来水笔的笔管也是通过毛细现象维持笔头湿润
• 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。
• 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。
• 蜡烛芯将蜡引到火附近。

公式

液柱上升高度是：

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

此处：

γ = 表面张力系数

θ = 接触角

ρ = 液体密度

g = 重力加速度

r = 细管半径

当θ>90度，这表示弯液面为凸面；同时h<0，表示流体在毛细管下降，即汞在玻璃管的情况。

对于在海平面上，装了水的玻璃管，

γ = 0.0728 J m^-2

θ = 20°

ρ = 1000 kg m^-3

g = 9.8 m s^-2

液柱高度为：

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

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

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

其中

表面张力引起的力为$F=2\pi r\gamma \;$，而其垂直向上的部分为$F\cdot \cos \theta \;$；

升起的液体部分的体积为$V=\pi r^{2}h\;$，其重量（重力的作用力）为$\rho Vg\;$；。

• 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：

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

其中，R为弯液面的半径，$R={\frac {r}{\cos \theta }}$；$P_{0}=P_{A}=P_{B}$则为大气压力。

参见

• 浸润
• 虹吸