毛細作用

如果把直徑很細的玻璃管（稱毛細管）插入盛有水的容器中，水即沿着管內壁自動地上升，水呈凹面，並且高出容器皿的液麪，這種能使水在毛細管中自動上升的力，稱為毛細作用力。水是潤濕玻璃管壁的，潤濕管壁的液體在毛細管中是上升的。如果一種液體不潤濕管壁，如水銀在毛細管中是下降的，水銀呈凸面，並且低於容器裏的液麪。如圖1所示 ^[1]  。

液體為什麼能在毛細管內上升或下降呢?我們已經知道,液體表面類似張緊的橡皮膜,如果液麪是彎曲的,它就有變平的趨勢。因此凹液麪對下面的液體施以拉力，凸液麪對下面的液體施以壓力。浸潤液體在毛細管中的液麪是凹形的,它對下面的液體施加拉力,使液體沿着管壁上升,當向上的拉力跟管內液柱所受的重力相等時,管內的液體停止上升，達到平衡。同樣的分析也可以解釋不浸潤液體在毛細管內下降的現象。

將內徑很小的管子──毛細管插入液體中，管內外液麪產生高度差的現象，又稱毛細作用。當構成毛細管的固體材料為液體潤濕時，管中液麪升高並呈凹狀；不潤濕時，管中液麪下降並呈凸形。由於管中液麪彎曲而在液麪下產生的附加壓強稱為毛細壓強。管中液麪為凸面時，附加壓強為正；反之為負。

若毛細管的內徑為r，管材與液體的接觸角為

，液體的密度為

，表面張力係數為γ(σ) ，則由彎曲液麪下的附加壓強公式，可得到管中液麪上升(或下降)的高度h

液柱上升高度是：

由上式可知，液體在毛細管中上升的高度與表面張力係數和接觸角餘弦的乘積成正比，與毛細管的內徑，液體的密度和重力加速度成反比 ^[2]  ，式中g為重力加速度。故當管的內徑過大時,h很小，此時管內外的高度差即難以觀察出。

根據此方程式，理論上在1m寬的管中，水可以上升0.014 mm（因此極不容易被察覺）；另外在1 cm寬的管中，水可以上升1.4 mm；而在半徑0.1 mm 的毛細管中，水可以上升14 cm。

毛細現象在自然界、科學技術和日常生活中都起着重要作用。大量多孔性的固體材料在與液體接觸時即出現毛細現象。紙張、紡織品、粉筆等物體能夠吸水就是由於水能夠潤濕這些多孔性物質從而產生毛細現象。人們在工程技術中，常常利用毛細現象使潤滑油通過孔隙進入機器部件中去潤滑機器。

植物所以能夠通過根和莖把土壤中的水和養分吸收到機體中來，部分原因就是憑藉機體中毛細管的毛細作用。在動物的組織中，毛細現象也到處可見，而且對於維持動物的生命有巨大意義。

有些情況下毛細現象是有害的。例如,建築房屋的時候,在砸實的地基中毛細管又多又細,它們會把土壤中的水分引來,使得室內潮濕。建房時在地基上面鋪油氈,就是為了防止毛細現象造成的潮濕。 水沿毛細管上升的現象,對農業生產的影響很大。土壤裏有很多毛細管,地下的水分經常沿着這些毛細管上升到地面上來。如果要保存地下的水分,就應當鋤松地面的土壤,破壞土壤表層的毛細管,以減少水分的蒸發。