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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 气体可以积压在水管底部，不会形成气泡受浮力上升，为何？
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)

[求助] 气体可以积压在水管底部，不会形成气泡受浮力上升，为何？ 已有1人参与

假如有一根直立水管，水管很细，里面充满水，水管上面与大气相通，从水管下面充气，如果水管够细，气体不会因为浮力而上升，而会积压在水管底部，因为受到毛细管力的作用，如果气体气压达到毛细管力和水柱压力之和，气体会排替水，将水柱往上抬。
假如水管比较粗，毛细管力很小，气体便不会积压在水柱底部，而会呈气泡形态，受浮力上升。
我想问的是，气体在多小的毛细管内才能因为毛细管力的作用而被积压在水管底部。水管变粗，毛细管力会变小，水管多粗，气体才不会被积压在水管底部，而呈气泡形态上升。这其中的力学机制是什么？在这样的实验条件下，气体在水管底部形成气泡上升的条件是什么（形成气泡的条件等等Sample Text）？
对了，补充一下，上述现象是实验现象，现在需要对这个现象的解释。
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1楼 2012-10-16 10:27:12
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
leongoall: 金币+10, 重金奖励认真回帖！ 2012-10-17 04:26:41
引用回帖:
3楼: Originally posted by leongoall at 2012-10-16 13:15:09
不太懂毛细管力，楼主可否科普一下？！我觉得气泡上升与否应该是浮力与水柱压力平衡的结果。。。

毛细管力其实我自己理解也不是很到位...我说一下我自己的理解。这里涉及到三相接触，管子（固体），水（液体），气（气体）。把水滴滴在水平玻璃上，水滴会润湿玻璃板（玻璃板对水滴表面水分子吸引力大于水滴表面水分子之间的吸引力）。我说乱了，先说表面张力（我的理解），水暴露在空气中，水滴表面最上层的水分子受到的各种分子之间的引力斥力不为零，内部分子则为零，所以内部分子虽然有不规则运动，却不会运动太远，在一定距离内摆动，表层分子则可能挣脱引力，逃到空气当中（蒸发），这样子水滴表层水分子比内部要稀疏，导致分子间引力大于斥力（分子间距离较稳定状态远，则引力大于斥力），这样在水滴表面有一层膜，这层膜就像绷紧的弹性膜（想想一张被拉开的弓，只是弓是线，而水滴表面是面），有一个收缩的力。这个力就是表面张力。所以只要一种相态的表面是曲面，它朝哪个方向弯曲就是朝哪个方向绷紧，这样表面就会有一个指向凹面的力，这个力可能就是那个毛细管力。毛细管内有两种流体，一种是润湿相（固体表面对这种流体的吸引力大于这种流体表层内部的吸引力，也就是大于它的表面张力，反之则为非润湿相），这样润湿相在毛细管内会形成一个润湿角（固体也液体表面引力的结果吧），也就是会形成一个弯曲液面，这样就会有一个指向凹液面的力，这个力就是毛细管力，跟界面张力成正比，跟毛细管半径成反比。对了，如果是气液两相接触，界面张力就叫做表面张力，就是我上面的解释的那个力，如果是不相容两相接触，接触面就称为界面（好像是这样子），不相容两相界面张力形成机制应该跟气液两相类似，只是大小不同。不知道我说清楚了没有，说的有点乱...另外我不知道我的理解有错误没有。
然后你说的水柱压力与浮力平衡的话..如果气体只有上面有水，下面没有，它是没有浮力的，只有水柱压力。浮力是水对气体的各个接触面的压力之和，你想想产生浮力就是因为水中深处压强大于浅出，所以气泡下面所受水的压强大于上面的，其压差就是浮力。
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5楼2012-10-16 19:53:25
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
主要想知道，气体在这种条件下，从底部充入，它形成气泡直接上升的条件是什么？
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2楼2012-10-16 10:30:28
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leongoall

专家顾问 (知名作家)

P-M-I之初生牛犊
不太懂毛细管力，楼主可否科普一下？！我觉得气泡上升与否应该是浮力与水柱压力平衡的结果。。。
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趁年轻，多折腾！曾年轻，折腾过？！
3楼2012-10-16 13:15:09
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mugang09

银虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
应该关系到表面张力的问题。表面张力发生在液体跟管壁接触的地方，如果管子很粗，那么表面张力在整个系统中的作用会变小，就不足以抑制住气泡了。定性的来说就是这样的。
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4楼2012-10-16 15:32:14
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
4楼: Originally posted by mugang09 at 2012-10-16 15:32:14
应该关系到表面张力的问题。表面张力发生在液体跟管壁接触的地方，如果管子很粗，那么表面张力在整个系统中的作用会变小，就不足以抑制住气泡了。定性的来说就是这样的。

我对你的回复怎么没有回复上..又要打一遍...
我也觉得这个问题跟表面张力有关。你是说的毛细管力吗？管径太大，毛细管力就变小。以至于小于气体的膨胀力（气体压强）。可是有这样的现象，当毛细管很细，细到一定程度的时候，你在水柱底部慢慢加压（充入气体），当气体压力大于毛细管力和水柱压力之和的时候，再加大气体压力，气体便会膨胀，将水柱往上抬。气体不会形成气泡上升。可是管子如果粗些，你往里面充入气体，充入的气体都会呈气泡形态上升。而不会留在底部。
我很想知道，在管子粗细出于临界条件的时候，气体是怎么运动的，为什么粗一点，就会形成气泡（这个时候也是有毛细管力的呀），细一点，就不会了...
我想知道的详细一点。
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6楼2012-10-16 20:08:08
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
3楼: Originally posted by leongoall at 2012-10-16 13:15:09
不太懂毛细管力，楼主可否科普一下？！我觉得气泡上升与否应该是浮力与水柱压力平衡的结果。。。

还想有进一步的交流...谢谢你的回复
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7楼2012-10-16 20:16:02
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
4楼: Originally posted by mugang09 at 2012-10-16 15:32:14
应该关系到表面张力的问题。表面张力发生在液体跟管壁接触的地方，如果管子很粗，那么表面张力在整个系统中的作用会变小，就不足以抑制住气泡了。定性的来说就是这样的。

还想有进一步的交流....谢谢你的回复
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8楼2012-10-16 20:16:19
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霁雪

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
就是表面张力的问题，可以完全按照表面张力的公式计算和分析。只不过和通常的表面张力的方向是反的。
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黑暗是光明的缺乏，但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样，什么也看不到！
9楼2012-10-16 22:37:46
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
9楼: Originally posted by 霁雪 at 2012-10-16 22:37:46
就是表面张力的问题，可以完全按照表面张力的公式计算和分析。只不过和通常的表面张力的方向是反的。

不知道能不能说的详细一点，表面张力怎么样抑制形成气泡，不让气体上升。而管壁增大对表面张力是个什么影响，又发生了什么变化使得气体不会被抑制在底部，而呈气泡上升。非常感谢你的回复。
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10楼2012-10-17 19:15:47
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