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{{Unreferenced|time=2024-06-05}}{{redirect2|毛细管|毛细血管|微血管}}
[[File:Candleburning.jpg|thumb|[[蠟燭]]燃燒時，体现了毛細作用。]]

'''毛細現象'''（又稱'''毛細管作用'''）是指[[液體]]在細管狀物體或多孔物體內部，由「液體與物體間[[黏附|附著力]]」和「因液體分子間[[內聚力]]而產生的[[表面張力]]」組合而成，令液體在不需施加外力的情況下，流向細管狀物體或細縫的現象；該現象可以令液體克服[[地心引力]]而上升。此屬於一種[[液體界面現象]]。

常見的是[[液體]]和[[固體]]之間的[[黏附|附著力]]大於液體本身[[內聚力]]的情況，如：布料、[[維管束]]組織、毛筆、多孔物體吸水、蠟油沿著棉線上升。而'''毛細管'''本身則是內徑等於或小於1毫米的細管，主要用於醫事檢驗及建築材料上，一般非專業人員反而較少見。（註：[[植物]][[根|根部]]吸收的水分能夠經由[[莖]]內[[維管束]]上升，除了利用毛細現象外，最主要的原因是[[蒸散作用]]）。

== 水的毛細現象 ==
[[File:Capillarity.svg|left|thumb|由於[[表面張力]]與[[附著力]]的差異，[[水]]在毛細管中，中央較四周凹下；[[汞]]在毛細管中，中央較四周凸起。]]
毛細管常被用來說明毛細現象，當[[垂直]]的細[[玻璃]]管底部置於[[液體]]中（例如[[水]]）時，管壁對[[水]]的[[附著力]]便會使液面四周稍比中央高出一些；直到[[液體]][[表面張力]]已經無法克服其[[重量]]時，才會停止繼續上升。在毛細管中，液柱[[重量]]與管徑的[[平方]]成[[正比]]，但是[[液體]]與管壁的接觸[[面積]]只與管徑成正比；這使得較窄的毛細管吸水會比較寬的毛細管來得高。例如，一根管徑0.5毫米的玻璃細管，理論上能夠將水抬升2.8厘米，但實際觀察時其高度會略低些。

== 汞的毛細現象 ==
在某些[[液體]]與[[固體]]的組合中，與毛細管吸水的狀況略為不同，例如細[[玻璃]]管與[[水銀]]（汞），汞柱本身的[[原子]][[內聚力]]大於汞柱與管壁之間的[[附著力]]，故汞柱液面中央會稍比四周凸起，這和毛細管吸[[水]]的狀況恰為相反。

== 毛細現象應用 ==
[[File:TLC black ink.jpg|200px|right|thumb|化學上的[[薄板層析]]利用了毛細現象。]]
[[File:Capillary_papertowel.PNG|180px|right|thumb|紙巾透過毛細現象，將水充分吸收。]]
* 在[[水文學]]中，毛細現象常用來解釋[[土壤]]對[[水]]的吸引力；在[[土壤]]中，[[水]]分會由較[[潮溼]]處移動到[[乾燥]]處，即是毛細現象所致。
* 毛細現象也是[[眼淚]]能夠自[[眼睛]]不斷流出的必要因素。
* 現今某些材質的[[運動]]衣料，會透過毛細現象吸[[汗]]。
* [[化學家]]常利用毛細現象來進行[[薄板層析]]（薄板色譜分析）。
* [[自来水笔]]的笔管也是通过毛细现象维持笔头湿润
* [[紙巾]]即是透過毛細現象吸收[[液體]]，其充滿細孔的材質使得[[液體]]能夠被紙巾吸收。
* [[海綿]]有非常多的細小孔洞（相當於毛細管），這使得[[海綿]]能夠吸收大量的[[液體]]。
* [[蠟燭]]芯將蠟引到火附近。

== 公式 ==

液柱上升高度是：
: <math>h={{2 \gamma \cos{\theta}}\over{\rho g r}}</math>

此處：

:''γ'' = [[表面張力係數]]
:''θ'' = 接觸角
:''ρ'' = 液體[[密度]]
:''g'' = [[重力加速度]]
:''r'' = 細管半徑

當''θ''>90度，這表示[[彎液面]]為凸面；同時''h''<0，表示流體在毛細管下降，即[[汞]]在玻璃管的情況。

對於在[[海平面]]上，裝了水的玻璃管，

:''γ'' = 0.0728 J m<sup>-2</sup>
:''θ'' = 20°
:''ρ'' = 1000 kg m<sup>-3</sup>
:''g'' = 9.8 m s<sup>-2</sup>

液柱高度為：

: <math>h\approx {{1.4 \times 10^{-5}}\over r} \ \mbox{m}</math> .

根據此方程式，理論上在半徑1米的管中，水可以上升0. 000 014米（因此極不容易被察覺）；另外在半徑1厘米的管中，水可以上升0.14厘米；而在半徑0.1毫米的毛細管中，水可以上升140毫米。

=== 推導 ===

* 方法一：考慮表面張力的力

: <math>2\pi r\gamma\cos\theta = \rho gh \pi r^2 \;</math>.

其中
:表面張力引起的力為<math>F = 2\pi r\gamma\;</math>，而其垂直向上的部分為<math>F \cdot \cos\theta\;</math>；
:升起的液體部分的體積為<math>V = \pi r^2 h\;</math>，其[[重量]]（[[重力]]的作用力）為<math>\rho Vg \;</math>；。

* 方法二：考慮流體內非常接近彎液面的點A和非常接近毛細管外表面的點B的壓力，按[[伯努利定律]]有：

: <math>P_0 - \frac{2\gamma}{R} + \rho g h = P_0</math>

其中，''R''為彎液面的半徑，<math>R = \frac{r}{\cos\theta}</math>；<math>P_0=P_A=P_B</math>則為大氣壓力。

=== 两块玻璃板之间的毛细管上升 ===
<!----- Capillary rise of liquid between two glas plates ----->
层厚度（d）与高程高度（h）的乘积是常数（d·h =常数），这两个量成反比。 平面之间的液体表面是双曲线。 
<!----- The product of layer thickness (''d'') and elevation height (''h'') is constant (''d''&middot;''h''&nbsp;=&nbsp;constant), the two quantities are [[Proportionality_(mathematics)#Inverse_proportionality|inversely proportional]]. The surface of the liquid between the planes is [[hyperbola]].----->
<gallery caption="两块玻璃板之间的水" widths="130px">
<-----Water beetween two glas plates ----->
file:Kapilláris emelkedés 1.jpg
file:Kapilláris emelkedés 2.jpg
file:Kapilláris emelkedés 3.jpg
file:Kapilláris emelkedés 4.jpg
file:Kapilláris emelkedés 5.jpg
file:Kapilláris emelkedés 6.jpg
</gallery>

==参见==
*[[浸润]]
*[[虹吸]]
{{Authority control}}
[[Category:流体力学]]
[[Category:物理现象]]