虹吸

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虹吸現象的圖示

虹吸(siphon)是一種流體力學現象,可以不藉助而抽吸液體。處於較高位置的液體充滿一根倒U形的管狀結構(稱為虹吸管)之後,開口於更低的位置。這種結構下,管子兩端的液體壓強差能夠推動液體越過最高點,向另一端排放,主要是由萬有引力讓虹吸管作用。2010年5月澳洲昆士蘭科技大學休斯博士(Dr Stephen Hughes)說:「是由重力讓虹吸管內的液體由上端往下端流動,藉由較長且朝下的那一端,將較短上端那一邊的水往上引出再流到下端。」[1]

機制[編輯]

在虹吸管的上端開口處,向管內的強壓為上端水受到重力往管口浸入位置處推擠所形成的容器液壓;向外的壓強則為上坡段液柱產生的壓強。前者大於後者時,液體被從上端容器推進管口流到下端容器,形成虹吸。上坡高度增加,管口向外的壓強也增加;到與重力產生之容器液壓平衡的時候,虹吸管的最高處會產生部分真空,進一步導致液柱坍塌,虹吸現象停止。[2]

另外,如果虹吸管兩端容器液面達到相等,虹吸現象也會停止。

在實際的虹吸現象中,和氣壓表原理相類似,氣壓推動液體向上進入管道中壓力較低的頂端部分。事實上,由於原理相似,虹吸管內部液體所能上升的最大高度和氣壓表是一致的。而促使液體流動的壓力差是由液體向出口端落下引起的。 當虹吸管兩端都在大氣壓力作用下的時候,液體從高的那一端向另一端流動。然而,如果低處的那一個出口被密封加壓的話,液體也會像虹吸式咖啡壺那樣從低的那一端向上流動。在通常情況下,虹吸現象的驅動力是大氣壓;但是在特殊情況下也會有其他原理成為驅動力。在實驗室條件下,一些虹吸管被用於在真空條件下展示表明液體的抗張強度對於超低壓環境下的虹吸實驗有一定貢獻。最常見的虹吸現象使用水作為虹吸液,不過試驗中也經常使用水銀,其他物質例如有機溶液,甚至二氧化碳都可以被用於虹吸實驗。

註釋[編輯]

  1. ^ 中央社╱台北12日電,"牛津英語大詞典有誤 近百年後才發現"[1], 聯合報,2010.05.12/10:16pm.
  2. ^ Bonnie Malkin in Sydney ,"Physicist spots 99-year-old mistake in Oxford English Dictionary"[2], 每日電訊報,10:00AM BST 11 May 2010.

外部連結[編輯]