毛管力可分解为与管壁平行的力P以及与管壁垂直的力,其中与管壁平行分力是使管内液体上升的有效作用力,其值为:
P=σcosθ
使水分上升的作用力为有效作用力P乘以管之圆周长2π,即2πrσcosθ。
如以H表示毛管水上升达到平衡时的水柱高度,则毛管力需要克服的重力为:H*πr2*ρg
当毛管力与重力相平衡时,毛管水上升达到最高,即2πrσcosθ= H*πr2*ρg
H=2σcosθ/rρg
式中:r——毛管半径,m。
ρ----液体的密度,kg/m3
g-----重力加速度 m/s2
σ----液体的表面张力 牛顿/m
θ――为弯月面与毛管之间的夹角
当毛管完全湿润时,θ=0o,常温下σ=72.8×10-7牛顿/m, ρ=1,g=9.8 m/s2
则 H=15×10-6/r (m)
如果毛管力换算成以米为单位的水柱高度Pc,则不难得知,在数值上毛管力等于最大毛细上升高度H:
Pc=H
可见,毛管力与毛细管半径成反比,毛管愈细毛管力愈大,毛细上升高度愈高。2100433B