毛細管現象

Question

毛細管現象について質問です。水にガラス棒をつけるとあるところまで毛細管現象で上昇し、液面が凹状になると思います。もし上昇しきるまでいかない短いガラス棒でやった場合は液面はどうなるのでしょうか？またどうしてそうなるのでしょうか？力の釣り合いでいうとどうですか？

kagakusuki · Accepted Answer

>液面の形状と力の釣り合いを教えて下さい

それでしたら、次の参考URLのページ等に公式が掲載されています。

【参考URL】
　毛細管現象 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%9B%E7%B4%B0%E7%AE%A1%E7%8F%BE%E8%B1%A1

h=2×T×cosθ÷(ρ×g×r)

但し、h：液面の上昇高さ[m]，T：表面張力[N/m]，θ：接触角，ρ：液体の密度[kg/m³]，g：重力加速度[m/s²]，r：管の内半径[m]

との事です。
　念のために述べておきますと、接触角とは液面と管の内面がなす角度の事です。
　温度や使用する液体、使用する管が変わらなければ、T、ρ、gは、ほぼ一定の値ですので、管の内径が細いほど、接触角θの値が小さいほど、液面は高くまで上がる事になります。
　そして、管の内径が高さに拠らず一定であれば、接触角が0度に近いほど、即ち、液面が管の内壁に平行に近づくほど、液面は高くまで上昇しやすくなりますから、液面は管壁に近くなるほど鉛直方向に立ち上がるのに対し、管の中央部分における液面は水平のままなのですから、管の内径が十分に細ければ、液面は細長いU字形（V字形？）になる訳です。

nevel · Answer

実際にやってみたよ。
ガラス棒の先端を水面ギリギリで出し入れしてみたが、表面張力に負ける。
水の中からガラス棒を出していくと、水の膜をかぶって出て行くが、ある程度まで上がると一気に水が下がる。
水から少し出た状態から沈めていくと、表面張力で水面以下まで水につからない。

下にガラス棒をガラス菅と勘違いしてる人が居るけど、ガラス棒だよな。

tadys · Answer

毛細管現象が起きるのは分子と分子の間に働く「分子間力」というもののせいです。
水の分子同士も引き合うので小さな水滴は丸くなります。
表面張力も分子間力のせいです。

水とガラス棒の場合、水と水が引きあう力よりも水とガラスが引き合う力の方が大きいので水がガラス棒に引きつけられて上昇するのです。
無制限に上昇しないのは水の重さの為です。

水銀の場合は水銀同士が引き合う力の方が水銀とガラスが引き合う力の方が大きいので逆の毛細管現象が起き、水銀の面は下がります。

http://www.face-kyowa.co.jp/sclence/familiar/4-3-4_wild_horses/
http://www.ngk.co.jp/site/no45/content.htm
http://www.weblio.jp/content/%E6%AF%9B%E7%B4%B0%E7%AE%A1%E7%8F%BE%E8%B1%A1

kagakusuki · Answer

布や紙などの様に細かい繊維が折り重なって出来ている材質のものを、細長く切って、その一端を水に付けた際に、毛細管現象によって繊維と繊維の間の細い隙間を、水が上昇しますが、上端から水が噴き出す様な事はなく、細切りの布や紙の上端まで水が上昇した処で、水の上昇は止まります。
　これと同じ様に、細いガラス管の場合でも、上昇し切った場合には、管の口の所で水は止まります。
　管が細いほど、水は高い所まで上昇しますが、管の上端の口の所では、ガラス管の内径が無限大にまで広がっているのと同じ事になりますから、開口部分より上では水は上昇しなくなります。

hrxrh · Answer

ガラス管ではなく、ガラス棒ですか？？？？

nevel · Answer

ごめん。毛細管現象が正しかった。

nevel · Answer

水にガラス棒をつけるとあるところまで上がるのは、表面張力じゃなかったっけ。

毛細管現象

>液面の形状と力の釣り合いを教えて下さい

実際にやってみたよ。

この回答への補足