毛细现象和毛细致冷效应

毛细现象和毛细致冷效应

投稿时间：2011-08-04 23:10:56      投稿人：余晓辉

有的人以为毛细现象是依靠液体的表面张力产生的，并且得出毛细管内液面上升的高度很有限的结论，但这在解释高大树木顶端水分输送机制时遇到难题，于是又引入了液体内聚力这样的概念。这些对毛细现象的看法真的正确吗？ 从系统角度看，这些看法明显是错误的，因为忽略了毛细管本身对液体的作用，那还要毛细管作什么用呢？ 毛细管的材料特性决定了对液体的作用性质，有的可能表现为斥力，有的表现为引力，本文只讨论引力作用产生的相关现象，读者可以自己分析斥力作用下的有关性质。 当毛细管材料对液体有引力作用时，必然拉动液体逆重力运动，如果毛细管的管径比较大，那么这种毛细现象最终达到与重力平衡，毛细管内的液面会停留在某一位置。平衡方程为：毛细管的作用力等于管内液体重力。由于液体表面张力而导致液面最顶端呈类半球形缺损，建立方程时需要对管内液体重力作此修正。根据这样的平衡方程分析，在管径比较大时，管内液面上升的高度是有限的，但当管径趋于极小时，那么毛细管的引力作用始终大于管内液体重力，所以毛细管内液体可以无限上升。由此也不难理解，无论树木多么高大，水分总是能通过毛细作用到达顶端的。 当毛细管与液体相互吸引作用时，可以使热运动减弱，即毛细管拉动液体流动的能量来自热势能，所以必然导致毛细管与液体衔接的位置温度下降。根据这一原理可以制作毛细致冷系统。有些山区的地下即使在炎夏也有异常低温现象，我以为正是岩石缝隙与地下水相互作用的毛细现象起了致冷效应。这些地区往往地下水丰富，且岩石孔隙发育良好，这间接证明了本文论述的毛细致冷原理。 如果能人工生产合适的毛细材料，将此材料一端浸入水中，另一端向空间开放，就可以制作成有实用价值的制冷系统。水分在毛细材料的作用下被带到向空间开放的高端，在风或光的作用下脱离毛细材料而被挥发带走(在高端也能一定程度降温，但远没有底端降温显著)。在这样的系统中，毛细材料所起的实际意义是极大增加了水分挥发的面积，所以要求这种毛细材料与空气接触端有足够大的面积。