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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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fdyong123

铜虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
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10楼: Originally posted by bearboy1016 at 2012-10-17 19:15:47
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。...

是不是可以这样看：上浮的原因是气泡下表面和上表面的压力差，而在气泡高度一定的情况下，表面积大的（即管壁大）压力差更大，这样上浮几率越大；另一方面，表面张力对管壁小的系统作用比较明显，毛细管能用来抽血，用试管就没办法让血自动流进管子，利用的是液体-固体之间的吸附力，如果全都是界面吸附力（毛细管）系统，吸附高度就可以很长很长（几乎可以不考虑重力）。在你的系统里，毛细作用可能主要体现在对上下页面形状的改变吧，应该使表面积更小，压力差更小，上浮里更小。不知道理解的对不对。
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11楼2012-10-17 21:49:35
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
11楼: Originally posted by fdyong123 at 2012-10-17 21:49:35
是不是可以这样看：上浮的原因是气泡下表面和上表面的压力差，而在气泡高度一定的情况下，表面积大的（即管壁大）压力差更大，这样上浮几率越大；另一方面，表面张力对管壁小的系统作用比较明显，毛细管能用来抽血 ...

说句实话，对于你说的系统，考虑一个系统的受力机制，我不是很明白，可能我对相关术语不是很了解。但有一点我可以确定，就是气体向上运动的原因肯定是上下压差的结果（气水界面处的上下压差）。但气体向上运动是呈一个什么状态运动，这才是问题的关键。因为，当管子很细，毛细管力比较大的时候，如果底部充入气体，气体被挤压在底部的话，它的压强会越来越大，当气体压强增大到等于与之接触的水的压强和毛细管力之和（毛细管力指向气水界面的凹面方向，此时因为玻璃管是润湿水的，所以凹面的方向是指向气体，也就是说毛细管力是指向气体的，抑制气体向上膨胀）的时候，再充入气体，气体压强便会大于他们的和，这样气体会排替水，也就是气体将水柱整体抬升。这是一种情况（当水管细到一定程度的时候）（case 1 ）
另外一种情况就是，当管子粗到一定程度的时候，气体一充进水管底部，气体便不会被积压在水底，而是呈气泡上升了，这个时候毛细管力确实减小了，而且小于气体压强。
你可能会觉得气体压强大于毛细管力，气体便不会被积压在底部，而回呈气泡上升，反之则被积压在底部，也就是说气体是否被积压在底部就是看气体压强跟毛细管力之差。可是我在case 1 里面的那种情况，当气体排替水，将水柱整体网上抬升的时候，很明显气体压强是大于毛细管力的，可它也不会形成气泡，呈气泡形态受浮力上升。
这也是我的个人见解啊，因为实验现象是这样，为什么会是这样子，我真的还没明白...谢谢你，期待继续讨论
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12楼2012-10-17 22:22:16
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
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11楼: Originally posted by fdyong123 at 2012-10-17 21:49:35
是不是可以这样看：上浮的原因是气泡下表面和上表面的压力差，而在气泡高度一定的情况下，表面积大的（即管壁大）压力差更大，这样上浮几率越大；另一方面，表面张力对管壁小的系统作用比较明显，毛细管能用来抽血 ...

对了，在case 1 里面，气体排替水，将水柱整体抬升，这个时候气体是不受浮力的。而在另一种情况（管子粗，气体呈气泡上升），气体呈气泡形态上升的时候气体受浮力上升，而此时，毛细管力已经不存在了，气水界面上的张力之和为零。我是这么理解的~~期待继续探讨啊
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13楼2012-10-17 22:29:15
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bearboy1016

新虫 (初入文坛)
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11楼: Originally posted by fdyong123 at 2012-10-17 21:49:35
是不是可以这样看：上浮的原因是气泡下表面和上表面的压力差，而在气泡高度一定的情况下，表面积大的（即管壁大）压力差更大，这样上浮几率越大；另一方面，表面张力对管壁小的系统作用比较明显，毛细管能用来抽血 ...

我还不是很清楚当毛细管很细的时候重力是一个什么样的作用..我昨天想了一下，你说几乎可以不考虑重力，就是说重力相对毛细管力很小了。可如果水柱很高很高，高达几百上千米呢。那个时候水柱底部的压强会不会是ρgh（因为管壁对水的吸附力可能会抵消与之相接触的那部分水的重力）。如果水柱的重力不能进行有效的传到，这样压强公式就不是ρgh，浮力的大小也就不是气体排出水的体积重量，这样可能浮力发挥不了作用，导致不能形成气泡。因为气泡就是浮力大于气体重量嘛。
但说实话，我现在已经搞混了...
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14楼2012-10-18 09:19:04
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fdyong123

铜虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

假象一下：一个毛细管，底部加水，毛细管吸水，液柱上升，将毛细管脱离底部水面，毛细管里的水会不会自动掉下来？如果不掉下来，是什么力让它可以不掉下来，其底部的空气和你所说的气泡有什么区别，你如果能回答，我想就没有问题了。
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15楼2012-10-18 21:42:21
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bearboy1016

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15楼: Originally posted by fdyong123 at 2012-10-18 21:42:21
假象一下：一个毛细管，底部加水，毛细管吸水，液柱上升，将毛细管脱离底部水面，毛细管里的水会不会自动掉下来？如果不掉下来，是什么力让它可以不掉下来，其底部的空气和你所说的气泡有什么区别，你如果能回答，我 ...

你说的那个毛细管力我明白，气液两相那个指向凹面的附加压力，跟比表面有关。跟界面半径成反比，界面张力成正比。底部的水和气泡的区别我感觉一是气泡的表面附加压力比底部的水大（能量高些，表面能），二是气泡受浮力，而底部的水不受浮力。今天又想了一下，有了一些进展，但我还不能完全明白。我主要想知道那个临界条件，那个过程。
我会思考你提的问题的，我感觉很关键，谢谢~~~如有更进一步的解释，期待~
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16楼2012-10-18 22:28:20
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fdyong123

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16楼: Originally posted by bearboy1016 at 2012-10-18 22:28:20
你说的那个毛细管力我明白，气液两相那个指向凹面的附加压力，跟比表面有关。跟界面半径成反比，界面张力成正比。底部的水和气泡的区别我感觉一是气泡的表面附加压力比底部的水大（能量高些，表面能），二是气泡受 ...

不是水和气泡的区别，我问的是底部的空气和气泡的区别。
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17楼2012-10-19 13:08:33
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bearboy1016

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17楼: Originally posted by fdyong123 at 2012-10-19 13:08:33
不是水和气泡的区别，我问的是底部的空气和气泡的区别。...

嗯...我写错了，把那个水改为气再看就可以了...
底部的气和气泡的区别我感觉一是气泡的表面附加压力比底部的气大（能量高些，表面能），二是气泡受浮力，而底部的气不受浮力。
不知道你能不能补充一下~~~
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18楼2012-10-19 19:14:04
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fdyong123

铜虫 (正式写手)
引用回帖:
18楼: Originally posted by bearboy1016 at 2012-10-19 19:14:04
嗯...我写错了，把那个水改为气再看就可以了...
底部的气和气泡的区别我感觉一是气泡的表面附加压力比底部的气大（能量高些，表面能），二是气泡受浮力，而底部的气不受浮力。
不知道你能不能补充一下~~~...

我咋觉得没区别呢
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19楼2012-10-19 21:54:55
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khunnie624zk

新虫 (初入文坛)
我想知道形成气泡的条件
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20楼2014-05-15 15:43:19
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