毛细现象的成因

毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外的现象。毛巾吸水，地下水沿土壤上升都是毛细现象。
在洁净的玻璃板上放一滴水银，它能够滚来滚去而不附着在玻璃板上.把一块洁净的玻璃板浸入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银.这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润.对玻璃来说，水银是不浸润液体.
在洁净的玻璃上放一滴水，它会附着在玻璃板上形成薄层.把一块洁净的玻璃片浸入水中再取出来，玻璃的表面会沾上一层水.这种液体附着在固体表面上的现象叫做浸润.对玻璃来说，水是浸润液体.

同一种液体，对一种固体来说是浸润的，对另一种固体来说可能是不浸润的.水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡.水银不能浸润玻璃，但能浸润锌.
把浸润液体装在容器里，例如把水装在玻璃烧杯里，由于水浸润玻璃，器壁附近的液面向上弯曲(图1乙),把不浸润液体装在容器里,例如把水银装在玻璃管里，由于水银不浸润玻璃，器壁附近的液面向下弯曲(图1甲).在内径较小的容器里，这种现象更显著，液面形成凹形或凸形的弯月面.
毛细现象把几根内径不同的细玻璃管插入水中,可以看到,管内的水面比容器里的水面高，管子的内径越小,里面的水面越高.把这些细玻璃管插入水银中,发生的现象正好相反,管子里的水银面比容器里的水银面低，管子的内径越小,里面的水银面越低.
浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象,叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管.

液体为什么能在毛细管内上升或下降呢?我们已经知道,液体表面类似张紧的橡皮膜,如果液面是弯曲的,它就有变平的趋势.因此凹液面对下面的液体施以拉力，凸液面对下面的液体施以压力.浸润液体在毛细管中的液面是凹形的,它对下面的液体施加拉力,使液体沿着管壁上升,当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时,管内的液体停止上升，达到平衡.同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象.
在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子.植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管,它能把土壤里的水分吸上来.砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象.在这些物体中有许多细小的孔道,起着毛细管的作用.
有些情况下毛细现象是有害的.例如,建筑房屋的时候,在砸实的地基中毛细管又多又细,它们会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿.建房时在地基上面铺油毡,就是为了防止毛细现象造成的潮湿.
水沿毛细管上升的现象,对农业生产的影响很大.土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来.如果要保存地下的水分,就应当锄松地面的土壤,破坏土壤表层的毛细管,以减少水分的蒸发.[编辑本段]附加压强
表面张力对液体球的作用好像增加了一个垂直于球面的压强，称为附加压强。
对液滴，附加压强为2*表面张力系数/球面半径。
对肥皂泡等空心液体球，附加压强为4*表面张力系数/球面半径。[编辑本段]上升高度
毛细现象中液体上升、下降高度。h的正负表示上升或下降。
浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。
上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液面半径R）。
上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/（液体密度*重力加速度g*毛细管半径r）。
毛细现象与植物饮水
毛细现象在生物学中有广泛的应用，如动植物的毛细血管，锄松土壤以破坏土壤的毛细管，减少表面水分的蒸发等．本文就部分毛细现象实验与植物体的毛细现象实验进行对比，以此了解物理学与生物学综合的意义．
1、根和茎的毛细现象
根是维管植物由胚根发育而来的体轴的地下部分．由主根及其许多侧根构成根系．主要的功能是为了固着植物体和支持地上部，并从土壤中吸收水和溶于水中的无机养料，亦有运输、贮存和合成某些有机物质的功能，并能向外分泌代谢物质．根尖表皮细胞向外突出的毛状物称为根毛，是根吸收水分和无机盐的主要部分．
由于根的上述功能，在进行植物喝水的教学时，一般用有根的凤仙花进行喝水实验；将凤仙花插入有红墨水的水杯中，水面上滴入植物油，杯口用棉花堵塞，以减少蒸发．静置十多小时后，首先观察液面的下降．为了说明植物喝水导致液面下降，可以进行对照实验，几只杯子的水同样多，水面滴入同样多的植物油，并都用棉花塞住瓶口，经过同样长的时间后，插有凤仙花的瓶子水面下降更明显．还可观察凤仙花的叶子和茎，剪断或揭去表皮，可以看到红色墨水已沿茎的表皮上升．后者只需几个小时．
事实上，直接用茎来做实验，同样可以看到红色墨水上升的现象．茎是维管植物由胚芽发育而来的体轴部分．其主要功能出是输导及支持．如果我们用蚕豆、油菜、葱、柳枝、松树及菊花的茎等，插入到红色水中，几个小时后，就可以在茎的表皮下观察到水的上升现象，在花瓣和叶脉上也可见红色．
2、植物的蒸腾作用
植物体能由根、茎输送水分，主要由根压,毛细现象和蒸腾作用．大气压由于互相抵消，不应是主要原因．
蒸腾作用主要是由叶下表面的气孔产生．将密闭的塑料袋扎在植物的树叶上，在阳光下很快就会有大量水珠在塑料袋中形成．这一蒸发导致植物要不断地从根茎中输送水分．
叶下表皮的气孔观察也是很有趣的活动．用蚕豆叶或葱叶，由刮胡刀片在叶背面浅浅划一小方块，再用及时贴揭下表皮，并用酒精洗(或用刀片刮)去叶绿体，然后直接贴到载玻片上，就可以用显微镜观察气孔了．
叶的气孔在早晨张开的较大，中午太热，为了减少蒸发量，张开的小．为了观察气孔，显然应选择在早晨摘取的叶子．证明这一结论也是一项有趣的研究活动．在同一植株(如同一棵蚕豆植株)上，分别在早晨及中午摘取多片叶子，获得叶下表皮，并尽可能用同样处理方法，在显微镜下观察，结果是早晨的叶子气孔多且大．
实验时，为了比较茎中存在的毛细现象与蒸腾作用的大小，进行对照实验：分别用剪去叶子和未剪去叶子的同一种植物的茎，插入同一个红色水的瓶中，结果，茎中都有红色水上升，而没有去掉叶子的茎上升的时间长．
茎能传输水分与蒸腾作用有关，同时叶的气孔能进行蒸腾，也是通过叶的毛细现象来传输水分的．
3、不同液体的毛细现象
我们用三种液体进行比较：肥皂液、风油精、水．
用同学们自己拉伸的同一根尖嘴玻璃管，分别插入到三种液体中，上升的高度各不相同．风油精上升的高度最小，肥皂液其次．风油精实验，直接将玻璃管的尖端插入风油精的瓶中即可．
同种液体，在温度不同时，毛细现象也不同．
这几个实验，毛细现象上升的高度差异不是十分明显，要先用及时贴或记号笔作出标记，再用尺量．

把毛细管插在浸润液体中，管内液面由于靠近管壁处的液面向上弯曲而形成的凹形弯月面，这样液体的表面就扩大了。由于液体表面具有收缩趋势，在表面张力的作用下，液体表面就想上收缩而又成平面。同时由于附着力大于内聚力，靠近管壁的液面又向上弯曲，凹面的弯月面又形成了。于是在表面张力的作用下液面有一次向上收缩成平面。就是这样细管内的液面逐渐上升，直到向上的表面张力与由于液面升高而形成的液柱的重量平衡时，液面才会停止上升。

液体的表面张力