107年:呼治儀器(2)

有關毛細現象(capillary action)的敘述,下列何者正確?

A是對氣體描述的現象
B是對固體描述的現象
C同樣液體在越細的管子中,爬得越高
D同樣液體在越細的管子中,爬得越低

詳細解析

本題觀念

毛細現象是液體在狹窄空間中上升或下降的現象,背後同時牽涉液體和管壁之間的附著力、液體分子彼此之間的內聚力,以及液體表面張力。判斷管徑影響時,必須把液體種類、管壁材質與潤濕情形視為相同,再比較半徑;在這些條件固定下,毛細上升高度和管半徑成反比。管子越細,管壁相對於液體截面的作用越明顯,所以液面爬得越高。

選項分析

A.錯誤。毛細現象的典型描述是液體在細管或多孔材料中的移動,不是氣體專屬的現象。水在玻璃細管中上升、紙巾吸水及植物莖內的水分移動,都可用附著力、內聚力與表面張力來理解。

B.錯誤。固體管壁會影響液體是否潤濕以及接觸角大小,但毛細上升本身描述的是液體界面的位移,不是固體材料單獨發生的現象。因此把它歸為固體現象並不正確。

C.正確。在同一液體、相同管壁及相近潤濕條件下,毛細上升高度可用 h=2γcosθ/ρgr 表示,其中γ是表面張力,θ是接觸角,ρ是液體密度,g是重力加速度,r是管半徑。其他因素不變時,r變小會使h變大,因此越細的管子中液體爬得越高。

D.錯誤。它與半徑反比的關係相反。在相同液體及潤濕條件下,管徑變細不會讓上升高度變低;若液體能潤濕管壁,狹窄管道反而會產生更高的液柱。

答案解析

本題答案為 C。毛細現象不是只背「細管吸水」,而是要理解細管半徑與表面效應的關係。液體和管壁接觸時,附著力會影響液面沿壁面移動,液體分

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