更新时间:2024-09-26 22:59
将细小的玻璃管插入水中,水会在管中上升到一定高度才停止;但把细小玻璃管插入水银中时,水银会在管中下降一定高度;这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。
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。
毛细作用,是液体表面对固体表面的吸引力。毛细管插入浸润液体中,管内液面上升,高于管外液面;毛细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外液面。这种现象就是毛细现象。
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。
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。
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。
毛细现象的产生涉及多种因素,包括固体、液体、气体、结构等。
毛细现象中液体上升下降的高度可由下式确定:
式中,r为细管半径;ρ为液体密度,为表面张力 ;θ为液面与管壁的交角,它取决于液、气种类和管壁材料等因素,对于水和洁净的玻璃θ=0°,水银和玻璃θ=140°。
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,并能向外分泌代谢废物。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,在进行植物吸收水分的实验时,一般用有根的凤仙花进行吸收水分实验;将凤仙花插入有红墨水的水杯中,水面上滴入植物油,杯口用脱脂棉堵塞,以减少蒸发。静置十多小时后,首先观察液面的下降。为了说明植物吸收水分导致液面下降,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,并都用脱脂棉塞住瓶口,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,主要由根床(地下水的压力)、毛细现象和蒸腾作用。大气压由于互相抵消,不是主要原因。
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。
不同液体的毛细现象
用三种液体进行比较:肥皂液、风油精、水。
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。
同种液体,在温度不同时,毛细现象也不同。
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。