熱虹吸現象

熱虹吸現象

虹吸現象是液態分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升後再流到低處,由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內的水面變成相同的高度,水就會停止流動。利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出。

基本信息

定義

虹吸管是人類的一種古老發明,早在公元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管。

事實上,虹吸作用並不完全是由大氣壓力產生的,在真空里也能產生虹吸現象。使液體上升的力是液體間分子的內聚力,在發生虹吸現象時,由於管內向外流的液體比流入管子內的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會沿一個方向持續流動。

在液體流入的管子中,越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高,壓力會降低到使管內產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成),虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成來決定的。因為氣泡會使液體斷開,氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0,從而破壞了虹吸作用,因此管子一定要裝滿水。在正常的大氣壓下,虹吸管的作用比在真空時好,因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內部的壓力。

構想一下,太陽能集熱器內儲滿冷水,當太陽能集熱器吸收太陽能時,裡面的水受熱膨脹,密度變小,就上升到上面的熱交換器中。而密度較大的冷水則回流到集熱器的底部,在吸收了熱能後,繼續膨脹上升……

熱循環運動被稱為熱虹吸效應,集熱器和熱交換器之間的溫差越大,水體在兩者之間的循環流動的速度越快。

原理

熱虹吸現象熱虹吸現象
就是連通器的原理,加在密閉容器里液體上的壓強,處處都相等。而虹吸管里灌滿水,沒有氣,來水端水位高,出水口用手掌或其他物體封閉住。此時管內壓強處處相等。一切安置好後,打開出水口,雖然兩邊的大氣壓相等,但是來水端的水位高,壓強大,推動來水不斷流出出水口。

虹吸原理的發現和套用:中國人很早就懂得套用虹吸原理。套用虹吸原理製造的虹吸管,在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現了灌溉用的渴烏。西南地區的少數民族用一根去節彎曲的長竹管飲酒,也是套用了虹吸的物理現象。

產生條件

1、彎管的液體流出端必需比流入端低;

2、彎管中必須充滿液體;

3、彎管內部不能進入空氣(極少量的氣泡沒問題,多了就不行);

4、液體流入端必須持續的保持在液面以下;

5、液體必須能夠自由流動,不能有閥門或者塞子等堵住管子。

史書記載

宋朝曾公亮《武經總要》中,有用竹筒製作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的記載。中國古代還套用虹吸原理製作了唧筒。唧筒是戰爭中一種守城必備的滅火器。宋代蘇軾《東坡志林》卷四中,記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。其書載:以竹為筒,“無底而竅其上,懸熟皮數寸,出入水中,氣自呼吸而啟閉之,一筒致水數斗。“明代的《種樹書》中也講到用唧筒激水來澆灌樹苗的方法,對於虹吸原理,中國古代也有論述。南北朝時期成書的《關尹子·九藥篇》說:“瓶存二竅,以水實之,倒瀉;閉一則水不下,蓋(氣)不升則(水)不降。井雖千仞,汲之水上;蓋(氣)不降則(水)不升。”有兩個小孔的瓶子能倒出水,如果閉住一個小孔,另一個小孔外面的空氣壓力會比瓶里水的壓力大,水就流不出來。唐代王冰《素問》注中,有關大氣壓力的物理現象記述得較清楚,王冰曰:“虛管溉滿,捻上懸之,水固不匯,為無升氣而不能降也;空瓶小口,頓溉不入,為氣不出而不能入也。”指出一個小口的空瓶灌不進水是因為瓶里氣體出不來。

宋代俞琰在《席上腐談》中補充了前人的發現,說;“予幼時有道人見教,則劇燒片紙納空瓶,急覆於銀盆水中,水皆湧入瓶而銀瓶鏗然有聲,蓋火氣使之然也;又依法放於壯夫腹上,挈之不墜。”在空瓶里燒紙,由於火把瓶里的一部分空氣趕出瓶外,火熄滅後瓶里就形成負壓,造成一定的真空,瓶外的空氣壓力就把瓶緊緊地壓在人腹上。如果把瓶放在水裡,水就立即湧入瓶里。明代莊元臣在《叔苴子·內篇》中也指出把葫蘆勺倒壓入水中,水並沒有進入葫蘆里,這是因為葫蘆里有空氣。

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